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コラッツ予想完全証明への道

コラッツ予想(31)0より1のほうが多い

作者: 明日香狂香

 2進数で数列のほとんどの部分では0と1は平均して同じであると仮定する。


 01

 を3倍すると

 11

 さらに3倍を続けると

 1001

 11011

 1010001

 11110011

 1011011001

 100010001011


 1と0は増減を繰り返しながらも同じになろうとする。

 末尾が1なので1に優位性がある。

 上の数列は上位に無限の0があるため、桁が変化しており正確には比率を反映していない。


 3=2+1

 1+1=2=10(2)

 3倍で1が倍になるが、桁あがりで1が半分になる。

 つまり、平均すれば数は変わらず、これだけでは数列の長さは変わらないことになる。


 実際に表示すると以下のようになる。

 3^2=2^3+1

 なので

 3の倍数の桁で平均を調べることが重要である。


 末端では

 0001->0011

 0011->1001

 0101->1111

 0111->0101


 末尾の1を除いた3桁の0と1の比率は

 8:8->6:6


 中央では

 001->011

 011->001

 101->111

 111->101

 000->000

 010->110

 100->100

 110->010


 12:12->12:12


 この均衡が崩れる場所が1箇所だけ存在する。

 それは先頭だ。

 正数表現では下位からの繰り上がりによって、よくわからないので補数表現にしてみる。


 *111010

 *111001


 *は連続する1を表す。


 このように先頭に必ず一つ以上の0が存在する。

 0がないとないということはオール1、すなわちー1であり、終了である。


 *1110000->*1110100

 *1110001->*1110100

 *1110010->*1110101

 *1110011->*1110110

 *1110100->*1110111

 *1110101->*1110111

 *1110110->*1111000

 *1110111->*1111001


 0と1の比率は先頭の3桁の1と0を除くと

 12:12->9:13

 先頭の1にくっついた分を含めると

 9:15

 どちらにしろ1のほうが多く存在している。


 補数演算では末尾の1は計算で*に生じる0と相殺されると考えると

 先頭で発生する1の多い分、収束することになる。


 追記

 3^2=1001(2)

 により各部位の0と1の比率は初期状態と同じになるように保持される。

 上位の1が多い部分が演算を続けることで下位になり、全体でしだいに1が多くなる。

(初期値の不均衡は演算による下位への桁移動で消滅する)

 その結果、ループに陥ることはない。


ブロック毎に一時的に不均衡が生じても、全体で1が増え続ける時点で収束する。

3倍の動作の基本は1が倍になるか戻るかで0が増え続けるわけではないので1が少ない状態は維持されずループしない。


訂正

上位桁も3桁で計算しなおした。

補数演算で1が多いということは正数演算では0が多いと読み替えてもよい。


より下位からの桁あがりは考慮する必要は無い。

より上位への桁上げで消えると考えれば、無視できるものである。


この比率の差は、正数では0、補数では1が先頭の1または0の前に供給され続けることによるもの。

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