Collatz Conjecture: Binary Structure Analysis and Trajectory Behavior

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Green Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.20944/preprints202401.0227.v27
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

We advance the study of the Collatz conjecture through an analysis of the binary representations of positive integers via fractional parts. We introduce a direct, non-recursive relation for the intermediate mantissas\( ~\sigma_j \) and prove the exact bound \( \sigma_j \le 1/(\ln 2\,(2^{m+1}-1)) \) after a run of \( m \)consecutive ones (Theorem 4), establishing that every such run must terminate. Using Weyl's equidistribution theorem applied to \( \{n \log_2 3\} \) (averaged over \( n \), not applied to any individual binary expansion), we establish that \( h(n) \le \frac{1}{2}L_n + o(L_n) \) holds for almost all \( n \), i.e.\ outside a set of natural density zero (Theorem 5); we explicitly identify this as the boundary of what the density method achieves. A complete mod-\( 8 \) transition table analysis proves \( Q \ge 2M - 2 \) for every Collatz window (tight constant \( C_0 = 2 \), Lemma 6), giving an exponential compression factor\( (3/4)^M \) deterministically. We identify two remaining open sub-problems: (1) extending the density bound from almost all \( n \) to every \( n \); and (2) ruling out non-trivial cycles, which is required to complete the descent argument. These open points are stated precisely rather than papered over. Numerical experiments confirm all theoretical bounds.