给任何自然数n,如果n是偶数,除以2;如果n是奇数,将其乘以3并加1。我们称之为数字n的变换。例如,对于数字5,根据上述规则进行变换。
3×5+1=16。
16 ÷ 2=8,通过变换16。
为了继续这种转变,有
8÷2=4,4÷2=2,
2÷2=1,1×3+1=4,
4÷2=2,2÷2=1,
……
有趣的是,对于数字5,它将根据上面要求的规则不断变化,最终显示如下
重复4 → 2 → 1 → 4 → 2 → 1 →等。
你也可以用6为例,按照上面指定的规则进行变换,得到
6→3→10→5→16→8
4→2→1→4→2→1→……
另一个例子是18。
18→9→28→14→7→22→
11→34→17→52→26→13→
40→20→10→5→16→8→
我们发现,在这种特定的变换下,无论哪一个自然数在开始时,最终的结果总是与原来的结果形状相同。
4→2→1→4→2→1循环和重复。
不幸的是,我们不能仅仅列出一系列自然数就断定任何自然数n都有这个性质。事实上,到目前为止,还没有人证明这一点。
在比赛中,我们会遇到一些类似的变换,有时一些指定的变换是对一个数连续进行的,有时一些指定的变换是对一组数连续进行的。在纷乱多变的变化中,隐藏着一些规律,解决这些问题的关键在于通过表面现象从“万变”中揭示“不变”的数量关系。
例1、对于任何两个不同的自然数,较大的数被两个数之间的差所代替,这被称为变换。对于18和42,可以进行这样的连续变换:
18,42→18,24→18,6→12,6→6,6 .
直到两个数字相同。问:从12345和54321的连续变换中得到的两个相同的数是什么?为什么?
解:如果两个数的最大公约数是A,那么这两个数与任意一个数的最大公约数之差也是A。因此,在每次变换过程中,这两个数的最大公约数总是相同的,所以最后两个相同的数是它们的最大公约数。因为12345和54321的最大近似值是3,所以最后两个相同的数字是3。
说明:转换的过程实际上是两个数的最大公约数的除法。
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