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[watermark]二进制对角谷猜想的证明
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首先将命题转换成二进制考虑,即对于任何一个正整数,先转换成二进制数,如果尾数是1(奇数),则末位加2个0,并减去它本身再加1(即4a-a+1);如果尾数是0(偶数),则舍去(即a/2 )最终得到1。所以证明关键是证明转换成的二进制数在变化过程中位数最终是减少的!
证明:先以正奇整数为研究对象(偶整数通过除以2转换都能转换成奇整数,所以只要证明正奇整数,就能证明偶整数也成立)对于一个正奇整数B(B>16,16以下数通过计算可以证明符合条件,且这个猜想最终的循环是16→8→4→2→1)。现在将B转换成二进制数A(a),(A表示转换的二进制数,a表示该二进制数的位数,因为B>16,所以a>4且a∈N)。
因为A是奇数,所以第一次转换4A-A+1,A的位数变换为a+2-N1,(N1表示4A-A+1过程中对a位数的影响,所以0≤N1≤1),第二次转换偶变奇,即a+2-N1-1-M1(M1表示偶转奇过程中倒数2,3,4……位数连续是0的情况,M1≥0)。
以奇变偶,偶变奇为一个周期,经过X次周期的转换后a的变换情况为:a+2-N1-1-M1+2-N2-1-M2+2-N3-1-M3……+2-Nx-1-Mx即a+2x-x- (M1+ M2+ M3+ M4+……+ Mx)-(N1+ N2+ N3+ N4+……+ Nx)
对M情况进行分析(N的概率有点复杂,且算出M概率就可以证明命题了,所以对N的概率考虑就可以忽略),M为1的概率为12 ,M为2的概率为122 ,M为3的概率为123 ……M为k的概率为12k (k>0,且k<转换后的a),所以M为1的概率为SMk即12 +222 +323 +……+k2k =2- 12k-1 - k2k ,此数的递增的,又因为a>4,所以k>3,所以SMk>2- 123-1 - 223 即SMk>138
代入a的变换情况:a+2x-x- (M1+ M2+ M3+ M4+……+ Mx)-(N1+ N2+ N3+ N4+……+ Nx)即a-x- 138 x -(N1+ N2+ N3+ N4+……+ Nx)= a- 58 x- (N1+ N2+ N3+ N4+……+ Nx),由于x→∞且0≤N≤1,所以a- 58 x-(N1+ N2+ N3+ N4+……+ Nx)是递减的,所以a最终的减少的,趋向于1,即A最终变成1,即B最终变成1。由此证明对于正奇整数时角谷猜想的正确。对于正偶整数,只需要将其一直除2,得到奇数,就证明对于正偶整数角谷猜想也是成立的。所以得出结论:对于任何自然数角谷猜想都是成立的。
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