Collatz 猜想

偶数除以2,奇数乘3加1,反复操作。所有正整数最终都会到1吗?规则小学生都懂,但80年来没有人能证明。

轨迹探索器

输入一个正整数,观察它的 Collatz 之旅——先飞升,再坠落,最终回到1。

名场面:这些数字最难缠

有些很小的数字,轨迹却出乎意料地长。点击数字试试。

起始值步数最高飞行高度飞行高度/起始值

步数分布全景图

每个点代表一个数,纵轴是回到1所需步数。你会发现——看不出任何规律,这正是它困难的原因。

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最难缠的数
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最多步数
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飞得最高的数
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最高飞行高度

步数频率分布

统计 1~10000 中,各个步数对应多少个起始数。

为什么这么难证明?

01

混沌行为

相邻的两个数(如 26 和 27),轨迹长度相差数十倍。起始值微小变化导致完全不同的行为,无法建立统一规律。

02

乘法与除法纠缠

3n+1 是乘法运算(让数字膨胀),n/2 是除法(让数字收缩)。这两种运算在数论中的交互行为极难分析。

03

缺乏代数结构

不像费马大定理有椭圆曲线作为工具,Collatz 问题目前没有已知的深层代数结构可以利用。

大数学家怎么说

保罗·厄多斯说过:「数学还没有准备好解决这样的问题。」(Mathematics is not yet ready for such problems.)陶哲轩在2019年取得了部分进展——证明了「几乎所有」正整数的 Collatz 轨迹都会到达足够小的值,但完整证明仍然遥远。

验证进度

截至2024年,计算机已验证 2⁶⁸(约 2.95×10²⁰)以内的所有正整数都满足 Collatz 猜想。没有反例,但没有反例不等于证明。这就像用望远镜看了宇宙的99.99%都是暗的,但不能证明宇宙每个角落都是暗的。