@HansH:
Stel f is de functie die gegeven een oneven getal, het volgende oneven getal in de Collatz-rij teruggeeft. Voorbeeld:
\(f(3) = 5\)
\(f(7) = 11\)
\(f(13) = 5\)
---
Bij elk beeld van de functie f zijn meerdere elementen in het domein te vinden.
Immers, stel je hebt het oneven getal a. Door de eerste stap van Collatz wordt dit:
\(3 a + 1\)
Dit kunnen we vermenigvuldigen met 4:
\(12 a + 4 = 3 (4a + 1) + 1\)
Hierin is eenvoudig het resultaat van de eerste stap van Collatz te zien van het oneven getal (4 a + 1). Op dit nieuwe oneven getal kun je dezelfde procedure uithalen, enz. Er zijn dus oneindig veel oneven getallen die allen hetzelfde beeld hebben.
\(f(4 a + 1) = f(a)\)
---
Hieruit volgt ook direct dat er bij elk beeld altijd een oneven getal n is waarvoor geldt:
\(f(n) < n\)
Immers, stel dat er een oneven getal a is waarvoor geldt:
\(a < f(a)\)
We weten dat de eerste stap van Collatz (3a + 1) geeft en dat het beeld van a kleiner zal zijn dan dat.
\(a < f(a) < 3 a + 1\)
We weten ook dat (4 a + 1) hetzelfde beeld heeft als a en dat geldt:
\(a < f(a) < 3 a + 1 < 4 a + 1\)
dus:
\(f(a) < 4 a + 1\)
\(f(4 a + 1) < 4 a + 1\)
\(f(n) < n\)
---
Fermat1637 denkt dat hieruit volgt dat het dus mogelijk is een afdalende rij te construeren bij elk oneven getal. Mocht je namelijk ooit bij een oneven getal met een beeld groter dan zichzelf komen, dan vervang je dat getal met het (4 a + 1)-equivalent. Voorbeeld:
\(7 \rightarrow 11 \rightarrow 17 \rightarrow 13 \rightarrow 5 \rightarrow 1\)
wordt:
\(7|29 \rightarrow 11|45 \rightarrow 17|17 \rightarrow 13|13 \rightarrow 5|5 \rightarrow 1\)
Elke 'stap' is hier dalend. Fermat1637 denkt dat het daardoor niet anders kan dan dat je uiteindelijk op 1 zal uitkomen.