18/07/26 17:31:49.36 eprs9+Ti.net
>>518の命題を証明します。
以降、奇数に対しては「3倍して1を足して2で割る」までをひとつの操作とします。
また、面倒な条件付けを避けるため、整数の範囲で考えることにします。(さらに広げることもできますが、省略します)
コラッツ操作を f で表します。
まず、後で使う補題をひとつ用意します。
補題
任意の整数 a,k に対して、f(a+2k)=f(a)+ck, ただし c=1 or 3
証明
a が奇数の場合
f(a+2k) = (3(a+2k)+1)/2 = ((3a+1)/2)+3k =f(a)+3k
a が偶数の場合
f(a+2k) = (a+2k)/2 = (a/2)+k = f(a)+k □
次に「コラッツ展開」を定義します。
（私が勝手に作った言葉であり、一般的な言い方ではありません）
定義
整数 a に対して、数列 {a[n]} を
a[1]=a
a[n+1]=f(a[n]) (n≧1)
によって定める。
次に、0 と 1 からなる無限列を
a[n] が偶数なら第 n 項は 0、a[n] が奇数なら第 n 項は 1
として構成する。
こうしてできる無限列を a のコラッツ展開と呼ぶことにする。
例えば a=5 のとき数列{a[n]} は
5,8,4,2,1,2,1,2,…
となるので、5 のコラッツ展開は
1,0,0,0,1,0,1,0,…
となります。
一般に、f(a) のコラッツ展開は a のコラッツ展開の初項を除いたものになります。