Jongleur-Folge

Mathematische Folge
(Weitergeleitet von Jonglier-Folge)

In der Zahlentheorie ist eine Jongleur-Folge (englisch Juggler sequence) eine mathematische Folge ganzer Zahlen, die mit einer natürlichen Zahl beginnt und jedes nachfolgende Folgenglied wie folgt definiert ist:

Clifford Pickover, der Namensgeber dieser Zahlen

Dabei bedeutet die größte ganze Zahl, die kleiner oder gleich ist. Analog ist die größte ganze Zahl, die kleiner oder gleich ist.

Jongleur-Folgen wurden erstmals vom amerikanischen Mathematiker und Autor Clifford A. Pickover erwähnt.[1] Der Name wird von den steigenden und fallenden Folgengliedern der obigen Folge abgeleitet, wie die Bälle in den Händen eines Jongleurs.[2] Ist ein Folgenglied eine gerade Zahl, so ist das darauffolgende Folgenglied kleiner und umgekehrt, ist ein Folgenglied eine ungerade Zahl, so ist das darauffolgende Folgenglied größer.

Beispiel

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  • Sei   (also eine ungerade Zahl). Dann lauten die nächsten Folgenglieder:
  und ist somit wieder ungerade.
  und ist somit wieder ungerade.
  und ist somit gerade.
  und ist somit wieder gerade.
  und ist somit wieder gerade.
  und ist somit wieder ungerade.
  und man erhält dieselbe Zahl wie vorher.
Wenn eine Jongleur-Folge den Wert   erreicht, dann sind alle weiteren Folgenglieder ebenfalls gleich  .

Vermutung

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Paul Erdős meinte, dass die Mathematik für solche Probleme noch nicht bereit ist

Es wird vermutet, dass alle Jongleur-Folgen letztendlich den Wert   erreichen. Diese Vermutung wurde für alle Folgenglieder   bis   schon verifiziert,[3] konnte aber noch nicht bewiesen werden. Dieses Problem ähnelt stark dem Collatz-Problem, auch als (3n+1)-Vermutung bekannt, zu welcher der ungarische Mathematiker Paul Erdős meinte, dass „die Mathematik für solche Probleme noch nicht bereit ist“.

Untersuchung von Jongleur-Folgen

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Für einen gegebenen Anfangswert   definiere man   als die Anzahl der Schritte, die die bei   beginnende Jongleur-Folge benötigt, um zum ersten Mal den Wert   zu erreichen.   sei der Maximalwert, den die Jongleur-Folge in der bei   beginnenden Jongleursequenz erreicht. Die folgende Tabelle gibt die jeweiligen Jonglierfolgen und die Werte   und   an, die man für kleine Werte von   erhält:

  Folgenglieder  
(Folge A007320 in OEIS)
 
(Folge A094716 in OEIS)
0 0 - 0
1 1 0 1
2 2, 1 1 2
3 3, 5, 11, 36, 6, 2, 1 6 36
4 4, 2, 1 2 4
5 5, 11, 36, 6, 2, 1 5 36
6 6, 2, 1 2 6
7 7, 18, 4, 2, 1 4 18
8 8, 2, 1 2 8
9 9, 27, 140, 11, 36, 6, 2, 1 7 140
10 10, 3, 5, 11, 36, 6, 2, 1 7 36

Jongleur-Folgen können sehr große Werte erreichen, bevor sie auf   abfallen. Zum Beispiel erreicht die bei   beginnende Jongleur-Folge einen Höchstwert von  . Harry J. Smith hat festgestellt, dass die bei   beginnende Jongleur-Folge einen Höchstwert bei   erreicht und der dort erhaltene Wert 972.463 Ziffern hat, bevor sie bei   endlich den Wert   erreicht.[4]

Es folgen ein paar Zahlenlisten, die weitere Informationen von Jongleur-Folgen angeben:

  • Die folgende Liste gibt an, wie viele Schritte eine Jongleur-Folge benötigt, um den Wert 1 zu erreichen (beginnend mit  ):
0, 1, 6, 2, 5, 2, 4, 2, 7, 7, 4, 7, 4, 7, 6, 3, 4, 3, 9, 3, 9, 3, 9, 3, 11, 6, 6, 6, 9, 6, 6, 6, 8, 6, 8, 3, 17, 3, 14, 3, 5, 3, 6, 3, 6, 3, 6, 3, 11, 5, 11, 5, 11, 5, 11, 5, 5, 5, 11, 5, 11, 5, 5, 3, 5, 3, 11, 3, … (Folge A007320 in OEIS)
Beispiel:
In obiger Liste steht an der 25. Stelle der Wert 11. Beginnt man also die Jongleur-Folge mit  , so erhält man nach 11 Iterationen den Wert  .
  • Die folgende Liste gibt an, wie hoch der höchste Wert ist, den eine Jongleur-Folge annimmt (beginnend mit  ):
1, 2, 36, 4, 36, 6, 18, 8, 140, 36, 36, 36, 46, 36, 58, 16, 70, 18, 140, 20, 140, 22, 110, 24, 52214, 36, 140, 36, 156, 36, 172, 36, 2598, 36, 2978, 36, 24906114455136, 38, 233046, 40, 262, 42, 4710, 44, 5222, 46, 322, 48, … (Folge A094716 in OEIS)
Beispiel:
In obiger Liste steht an der 25. Stelle der Wert 52214. Beginnt man also die Jongleur-Folge mit  , so erhält man nach einer nicht angegebenen Anzahl von   Iterationen den Höchstwert   (im Speziellen ist  , es ist also  ).
  • Die folgende Liste gibt an, wie man   wählen muss, um eine neue Rekordlänge bei der Jongleur-Folge zu erreichen:
1, 2, 3, 9, 19, 25, 37, 77, 163, 193, 1119, 1155, 4065, 4229, 4649, 7847, 13325, 34175, 59739, 78901, 636731, 1122603, 1301535, 2263913, … (Folge A094679 in OEIS)
Die folgende Liste gibt an, nach wie vielen Iterationen man obigen neuen Höchstwert bei der Jongleur-Folge erreicht:
0, 1, 6, 7, 9, 11, 17, 19, 43, 73, 75, 80, 88, 96, 107, 131, 166, 193, 201, 258, 263, 268, 271, 298, … (Folge A094698 in OEIS)
Beispiel für diese beiden Listen:
In obigen beiden Listen stehen an der 8. Stelle die Werte 77 bzw. 19. Beginnt man also die Jongleur-Folge mit  , so erhält man nach 19 Iterationen den Wert  . Es gibt keine Jongleur-Folge mit kleinerem Startwert  , mit der man eine so lange Folge erreicht.
  • Die folgende Liste gibt das kleinste   an, mit der man eine Jongleur-Folge der Länge   erreicht:
2, 4, 16, 7, 5, 3, 9, 33, 19, 81, 25, 353, 183, 39, 201, 103, 37, 205, 77, … (Folge A094670 in OEIS)
Beispiel:
In der obigen Liste steht an der 11. Stelle der Wert 25. Beginnt man die Jongleur-Folge mit  , so erhält man nach   Iterationen den Wert  . Es gibt keine Jongleur-Folge mit einem kleineren Startwert als  , die eine Länge von   hat.
  • Die folgende Liste gibt an, wie man   wählen muss, um einen neuen Höchstwert bei der Jongleur-Folge zu erreichen:
1, 2, 3, 9, 25, 37, 113, 173, 193, 2183, 11229, 15065, 15845, 30817, 48443, 275485, 1267909, 2264915, 5812827, 7110201, … (Folge A143742 in OEIS)
Beispiel:
In der obigen Liste steht an der 5. Stelle der Wert 25. Beginnt man die Jongleur-Folge mit  , so erhält man nach einer nicht angegebenen Anzahl an Iterationen einen Höchstwert, der mit kleineren Startwerten   nicht erreicht wird. Erst mit dem Startwert   erreicht man einen höheren Höchstwert (im Speziellen erreicht man mit dem Startwert   bei   einen bis dahin unerreichten Höchstwert; erst mit dem Startwert   erreicht man bei   einen neuen, noch höheren Höchstwert; beim nächsten Startwert   würde man als Höchstwert schon den Wert 202924588924125339424550328 erreichen).

Siehe auch

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Einzelnachweise

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  1. Clifford A. Pickover: Computers and the Imagination. Chapter 40. Hrsg.: St. Martin’s Press. 1991, ISBN 0-312-06131-5 ([1] auf archive.org).
  2. Clifford A. Pickover: The Mathematics of Oz: Mental Gymnastics from Beyond the Edge. Chapter 45: Juggler Numbers. Hrsg.: Cambridge University Press. 2002, ISBN 0-521-01678-9, S. 102–106 ([2] auf archive.org).
  3. Eric W. Weisstein: Juggler Sequence. In: MathWorld (englisch).
  4. Harry J. Smith: Juggler Letter 3 to Dr. Pickover. 27. Juni 1992, abgerufen am 28. März 2022.