书城童书学生最想知道的未解之谜:迷雾笼罩的科学
24957100000037

第37章 神奇的“角谷猜想”

多年前,日本数学家角谷静发现了一个奇怪的现象:一个自然数,如果它是偶数,那么用2除它;如果商是奇数,将它乘以3之后再加上1,这样反复运算,最终必然得1。

比如,取自然数N=6,按角谷静的做法有:6÷2=3,3×3+1=10÷10÷2=5,5×3+1=16,16÷2=8,8÷2:4,4÷2=2,2÷2=1,从6开始经历了3→1→5→16→8→4→2→1最后得1。

找个大数试试,取N:16384。

1384÷2=8192,8192÷2=4096,4096÷2=2048,2048÷2=1024,1024÷2=512,512÷2=256,256÷2=128,128÷2:64,64÷2=32,32÷2=16,16÷2=8,8÷2=4,4÷2=2,2÷2=1,这个数连续用2除了14次,最后还是得1。

这个有趣的现象引起了许多数学爱好者的兴趣,一位美国数学家说:“有一个时期,在美国的大学里,它几乎成了最热门的话题,数学系和计算机系的大学生,差不多人人都在研究它。”人们在大量演算中发现,算出来的数字忽大忽小,有的过程很长,比如27算到1要经过112步,有人把演算过程形容为云中的小水滴,在高空气流的作用下,忽高忽低,遇冷成冰,体积越来越大,最后变成冰雹落了下来,而演算的数字最后也像冰雹一样掉下来,变成了1!数学家把角谷静这一发现,称为“角谷猜想”或“冰雹猜想”。

把它叫猜想,是因为到目前为止,还没有人能证明出按角谷静的做法,最终必然得1。

这一串串数难道一点规律也没有吗?观察前面作过的两串数:

6→3→10→16→8→4→2→1

16384→8192→4096→2048→1024→512→256→128→64→32→16→8→4→2→1。

最后的3个数都是4→2→1。

为了验证这个事实,从1开始算一下:

3×1+1=4,4÷2=2,2÷2=1。

结果是1→4→2→1,转了一个小循环又回到了1,这个事实具有普遍性,不论从什么样自然数开始,经过了漫长的历程,几十步,几百步,最终必然掉进4→2→1这个循环中去,日本东京大学的米田信夫对从1到10995亿1162万7776的所有自然数逐一做了检验,发现它们无一例外,最后都落入了4→2→1循环之中!

计算再多的数,也代替不了数学证明。“角谷猜想”目前仍是一个没有解决的悬案。

其实,能够产生这种循环的并不止“角谷猜想”,下面再介绍一个:

随便找一个4位数,将它的每一位数字都平方,然后相加得到一个答数;将答数的每一位数字再都平方,相加……一直这样算下去,就会产生循环现象。

现在以1998为例:

12+92+92+82=1+81+81+64=227,

22+22+72=4+4+49=57

52+72+25+49=74

72+42=49+16=65

62+52=36+25=61

62+52=36+11=37

32+72=9+49=58

52+82=25+64=89

下面再经过8步,就又出现89,从而产生了循环。这到底是怎么回事,其中有着什么样的内在规律。