Collatz problemの考察

Collatz problemとは

　Collatz problemとは、数学上現在において未解決問題とされるもので、予想はされているが証明できていないものである。これは、次のようなものである

問題内容

　まず前提事項として、この問題は数列の問題であり、使用する数字は自然数のみである。
　ある任意の自然数$n$について、次のような手順で数列を決めていく。
$$\begin{array}{r}\{\begin{array}{l}n=偶数の時nを\frac{1}{2} \\ n=奇数の時nを\times 3+1\end{array}\end{array}$$
この時、初期の$n$がどのような値であろうと、最後には$1$に辿り着く。また、その後は$1,2,4$をループする。

考察

　考察といっても大した内容ではない事はご了承願いたい。

まず第一に、この問題が真とした時、開始の値として証明には偶数はいらない。何故なら、約数を求めた時、もしそれが偶数のみで形成されているならば即座に$1$へとたどり着くし、奇数を含んでいた場合、奇数のところまで直線的に変動するからだ。
　この時、まず偶数のみの数列を作る。この偶数のみの数列に$n$がきたら、結果はこの問題の予想通りになることに留意する。
　次に、任意の素数が任意の数だけ混じった、その$2m$倍の数列を考える。同様に、この数列に入った$n$は素数の積の値まで直線的に進む事になる。
　さて、ここで奇数に達した時の操作を見てみたい。奇数である$n$を$3$倍して$+1$するということは、奇数同士の積に$1$を加算している為、必ず偶数になる。そして、この偶数になった$n$と元の$n$について約数を調べると、先程の素数と$2m$の積の数列と$3n+1$のによって入った数列が異なることが伺える。つまり、$3n+1$によって数列が強制的に変異させられ、これが$2m$のみの数列になるまで続く為、最後は$1$になると考えられる。

　このようなことは誰でも考えているだろう内容だが、これを如何にして証明するべきか、知恵を借りたいものだ。