Autor Tema: Conjetura de Collatz Evidencia Abrumadora vs Desilusión deprimente

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26 Marzo, 2026, 12:38 am
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Richard R Richard

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Hola, Una de las formas en que se podría falsar la conjetura es hallar un natural $$n$$ que al aplicarle la función de Collatz  nunca llegue a 1.

Esto puede pasar de dos formas... $$n$$ pertenece a una orbita cíclica, o $$n$$ viene de una de las infinitas órbitas descendientes desde el infinito que luego asciende nuevamente hasta el infinito.

Siempre pensé que la primera forma era mas fácil de encontrar, le dediqué  tiempo y no avancé más.
La segunda tiene dos aristas
1) ¿Es posible una cadena descendente hasta cualquier n?, y la respuesta es inmediata siempre existe $$2n$$ de cual descender,  es decir existe siempre  $$2^xn\quad \forall x\in[1,\infty)$$, pregunto esto que acabo de escribir en latex es correcto , pues $$n2^{\infty}$$ no es un número... y sí este debate viene de eso como ser riguroso en el paso de lo infinito a lo finito.
2) ¿Es posible una cadena ascendente desde cualquier n? y la respuesta es no desde cualquier $$n$$, pero si desde $$n$$ específico se puede ascender una cantidad arbitraria de pasos sin descender.
Es mas  he encarado el algoritmo que me permite hallar $$n$$, para ascender siempre a un $$(3n+1)/2$$ que sea impar para que sea estrictamente necesario volver a ascender y recursivamente llegar  a la cantidad de pasos tan grande como quiera... pero claro si la contra prueba es un número $$n$$ finito, y un número infinito de pasos es imposible (o eso es lo que creo) manejar números para hacer una demostración... La idea del hilo es habla de eso como  paso de lo finito a lo infinito en un proceso recursivo y viceversa.

Veamos  para 1  he encontrado que el menor numero de la orbita debe ser del tipo $$2q-1$$ (impar) y a la vez $$3m+2$$ , esto implica que puede venir de una cadena que pase por $$8n$$ ya que si bien $$2n$$ es $$3mod1$$ sucede que $$m<n$$, y $$n$$ ya no es el mínimo de la orbita como he supuesto,  pero si a partir de $$8(3m+2)2^{2k}$$ son $$3m+1$$   con $$m>n$$  y puede venir de cualquier descenso. de hecho $$k \in [1,\infty)$$ que me llevaba a la primer pregunta.

y para 2    no se bien como se plantean las recursiones  supongamos  la siguiente empiezo en $$a_0=1$$ ,y los siguientes son $$a_{t+1}=3a_t+2$$
Cada $$a_t$$ es un número impar al que se puede llegar a  repitiendo $$t$$ veces un paso de ascenso y uno de descenso obligatorio de la función de Collatz  $$(3n+1)/2$$
ejemplos

Spoiler

$$t$$ $$a_t$$ $$n$$
1 5 3
2 17 7
3 53 15
4 161 31
5 485 63
6 1457 127
7 4373 255
8 13121 511
9 39365 1023
10 118097 2047
11 354293 4095
12 1062881 8191
13 3188645 16383
14 9565937 32767
15 28697813 65535
[cerrar]



 cuando $$t=1$$ tenemos $$a_1=3a_0+2=3\cdot1+2=5$$  , luego existe un número impar que aplicado a la función de Collatz en 1 paso llega a 5 , este es el 3 $$\to (3\cdot 3+1)/2=5$$
 cuando $$t=2$$ tenemos $$a_2=3a_1=3\cdot5+2=17$$  , luego existe un número impar que aplicado a la función de Collatz en 2 pasos llega a 17, este es el 7  $$\to((3\cdot 7+1)/2)3+1)/2=17$$
...
Puedo generalizar para cualquier  número de recursiones $$t$$ finito  que

Partiendo de un número $$n=2^{t+1}-1$$ en un número $$t$$ de ascensos con la función de Collatz, llegue al número $$a_t$$ de la recursión siempre en ascenso directo.
luego en el limite cuando pretendo demostrar la tendencia que $$a_t\to \infty$$ no puedo presentar un $$n$$ pues debería ser $$\infty$$ y eso no es un número... es frustrante...

Es decir, solo puedo afirmar que hay una cadena que viene desde el infinito y desciende hasta el infinito y luego asciende al infinito todo en un infinito número de pasos... me malhumora no poder demostrar lo obvio y dicho como está no aporta nada  o quizá solo gracia o una sonrisa al que lo lee.


El ascenso que planteé es el que asciende en el menor número de pasos, es lógico pensar que cadenas mas largas podrán partir de números menores a infinito es decir desde  un "finito", pero la recurrencia que presenté es a la vez la que representa al número mínimo que puede ascender esa cantidad de pasos.
Luego planteando cualquier estrategia repetitiva finita de pasos para ascender , ese número mínimo debe ascender, luego cualquier estrategia para llegar a infinito el número mínimo del que requerirá  partir será infinito, luego, se saca la conclusión ¿Pero  se puede demostrar?. Porque cualquier estrategia en infinitos pasos se repite infinitas veces, y lleva a pensar que las infinitas estrategias que se pudieran combinar para variar todas se repetirán infinitas veces... llevando de nuevo a la misma conclusión.  Si el infinito no es un natural no hay solución entre los naturales, sea la estrategia que sea.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

26 Marzo, 2026, 11:02 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

Hola, Una de las formas en que se podría falsar la conjetura es hallar un natural $$n$$ que al aplicarle la función de Collatz  nunca llegue a 1.

Tengo una curiosidad sobre este punto de partida.

¿Tu hipótesis de trabajo es que la conjetura es cierta o falsa?. Por lo que pones ahí parece que trabajas en probar que es falsa, intentado buscar un ejemplo. Aunque también pudiera ser que la idea de esa estrategia sea convencerse de que tal ejemplo no puede existir.

Computacionalmente se ha comprobado que la conjetura se cumple para cualquier número menor que \( 2^{71} \). Así que no parece probable (distinto de imposible) poder encontrar un ejemplo.

Saludos.

26 Marzo, 2026, 11:55 am
Respuesta #2

Richard R Richard

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Hola, gracias  por responder, no sé  si estoy en lo cierto pero ésta como otras conjeturas siguen dando que hablar  porque no he hallan forma de demostrar que es cierta.
Si uno se predispone con un optimismo exagerado a tratar de hacer un aporte, lo mejor es conocer un mínimo los límites de lo previamente pensado sobre el tema, sin descartar ningún  objetivo. Me explico , si es cierta, no habrá forma de haya un ejemplo que no desciende a 1. El número  $$10^{71}$$, que es $$10^{50}$$ órdenes superior a lo que podría  aspirar, es lo que primero  he descartado,  ni siquiera llegar a $$10^{10^{71}}$$ asegura que el siguiente impar sea el que nunca descienda.
Así  que por la positividad, no se me ha caído ninguna idea, la única que mantengo es que, si puedo probar que la existencia  de otros ciclos es imposible y que no hay ascensos al infinito partiendo de un número  finito, entonces al no existir la posibilidad  de ser falsa entonces resulta cierta.
Así  que me puesto a "trabajar" para demostrar  que existe al menos una órbita de infinitos $$n$$ finitos  que no descienden, cada vez me convenzo más que resultará imposible,  pero como siempre me topo con mi propia limitación  en conocimiento, entonces  al intentar plantear un esbozo de demostración me aparecen dudas sobre cómo hacen a liberarse los matemáticos de ciertos errores que uno no quiere cometer.
En este caso, puedo demostrar que se puede ascender la cantidad de veces que quiera partiendo de un número  finito y llegando obviamente  a un número  finito,  como no hay límite a lo que quiera , me predispone a pensar que será hasta el infinito, pero eso hace que también  mi número  de partida también  ascienda hasta  el infinito,  siendo a la vez el menor de su clase que puede hacer esa órbita. Entonces  me encuentro con el absurdo,  pensando es cierta  la existencia  de ese número  me doy cuenta  que no podrá pertenecer  a los naturales  luego mi hipótesis de que existe ese número  es falsa y que por esa vía la conjetura es cierta. Pero ¿Como podría formalizarlo.?
¿Que tan ridícula es la idea?¿te parece que hace aguas en algún punto?
Gracias ,Saludos.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

26 Marzo, 2026, 12:35 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

En este caso, puedo demostrar que se puede ascender la cantidad de veces que quiera partiendo de un número  finito y llegando obviamente  a un número  finito,  como no hay límite a lo que quiera , me predispone a pensar que será hasta el infinito, pero eso hace que también  mi número  de partida también  ascienda hasta  el infinito,  siendo a la vez el menor de su clase que puede hacer esa órbita. Entonces  me encuentro con el absurdo,  pensando es cierta  la existencia  de ese número  me doy cuenta  que no podrá pertenecer  a los naturales  luego mi hipótesis de que existe ese número  es falsa y que por esa vía la conjetura es cierta. Pero ¿Como podría formalizarlo.?

Es que yo no veo que de lo que haces se pueda deducir la no existencia de un número que no descienda a \( 1 \); yo no veo que llegues a ningún absurdo, ni siquiera intuitivamente. Si te entiendo bien tu puedes demostrar que eres capaz de construir un número que asciendas cuantos pasos (finitos) quieras; pero no veo que eso diga nada a favor o en contra de la existencia de uno que nunca descienda a \( 1 \).

Saludos.

26 Marzo, 2026, 05:31 pm
Respuesta #4

Richard R Richard

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Es que yo no veo que de lo que haces se pueda deducir la no existencia de un número que no descienda a \( 1 \); yo no veo que llegues a ningún absurdo, ni siquiera intuitivamente. Si te entiendo bien tu puedes demostrar que eres capaz de construir un número que asciendas cuantos pasos (finitos) quieras; pero no veo que eso diga nada a favor o en contra de la existencia de uno que nunca descienda a \( 1 \).

Saludos.
Sí es así, para cual cantidad de pasos puedo construir un par de números, uno es el que da inicio al ascenso y otro que es el final de ese ascenso. Como la cantidad de paso es arbitraria podría intentar el paso a límite tendiendo a infinito pero eso hace que ambos números dejen de ser naturales.
¿Cómo se puede abordar eso? Para mi, solo para mi, es prueba que tales número no existen.

Se entiende que el número que inicia el ascenso proviene de un descenso desde el infinito, en eso no hay ninguna duda. Y si se cumpliese  que vuelve a infinito entonces ninguno de la orbita cae a 1. Pero al analizar una cadena finita siempre del último podrías llegar a 1, el tema es que no se puede llegar a infinito en un número finito de pasos. En lo finito ocurre una cosa y en lo infinito otra.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

27 Marzo, 2026, 08:46 am
Respuesta #5

Luis Fuentes

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Hola

Sí es así, para cual cantidad de pasos puedo construir un par de números, uno es el que da inicio al ascenso y otro que es el final de ese ascenso. Como la cantidad de paso es arbitraria podría intentar el paso a límite tendiendo a infinito pero eso hace que ambos números dejen de ser naturales.
¿Cómo se puede abordar eso? Para mi, solo para mi, es prueba que tales número no existen.

Es que no hay ningún paso al infinito que se pueda hacer ahí que tenga sentido. A ver si con estos ejemplos un tanto triviales te queda claro que el hecho de que puedas encontrar pares de números tan alejados como quieras y de forma que uno ascienda el otro, no dice nada en contra o a favor de que se cumpla la conjetura.

1) Definimos la función:

\( f(n)=\begin{cases}{n/2}&\text{si $n=2^k$ para algún $k\in \Bbb N$}\\n+1 & \text{en otro caso}\end{cases} \)

En este claro es evidente que dado cualquier número \( n_0 \) si aplicamos sucesivamente \( f(n) \) se termina llegando al ciclo \( 2-1-2-\ldots \).

Spoiler
Si \( n \) no es potencia de dos, sumando de uno en uno se acabará alcanzando alguna y después la función va dividiendo entre dos hasta llegar a \( 1 \).
[cerrar]

También se cumple que dado cualquier \( m \) se pueden encontrar dos números tales que uno ascienda al otro en \( m \) pasos. Basta considerar \( k \) con  \( 2^k>m \) y tomar \( n_0=2^k+1 \).

Es un ejemplo donde se cumple la propiedad que dices y siempre se termina por descender al \( 1 \).

2) Definimos la función:

\( f(n)=\begin{cases}{n/2}&\text{si $n=2^k$ para algún $k\in \Bbb N$}\\n+2 & \text{en otro caso}\end{cases} \)

Aquí está claro que hay números que nunca descenderán a \( 1 \): cualquier impar se irá sumando de dos en dos hasta el infinito.

También se cumple que dado cualquier \( m \) se pueden encontrar dos números tales que uno ascienda al otro en \( m \) pasos. Basta considerar cualquier impar \( n_0 \) que ascenderá a \( n_0+2m \) ó también \( n_0=2^{k+1}-m \) con \( 2^k>m \).

Es un ejemplo donde se cumple la propiedad que dices y NO siempre se termina por descender al \( 1 \).

Saludos.

27 Marzo, 2026, 05:38 pm
Respuesta #6

Richard R Richard

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Hola, buscaba alguna pega, y la hay, en el ejemplo 1 es clara la inevitabilidad del descenso, cosa que en Collatz no es tan evidente, salvo excepciones $$2^k$$, es claro también que debes pasar al límite con infinito para decir que no descenderá pues nunca llegaras a infinito sumando uno en 1,lo mismo que Collatz con la recursión $$(3n+1)/2$$,nunca llegara en una cantidad finita de recursiones, creo que ese es el mismo argumento que planteo, trabajando en lo finito siempre llegas a 1. Tampoco se puede definir de que número finito del cual partir para lograr llegar al infinito.
Igualmente creo que hay una diferencia en comparativa , en el ejemplo 1 , nunca puedes  evitar pasar por un número $$0mod 2^K$$ y en Collatz no todos los $$2^k$$ son $$3mod1$$, específicamente mi recursión encuentra números \( 1mod2 \) y a la vez \( 3mod2 \), los cuales no pueden descender directamente hasta haber pasado una cantidad de pasos que plazca. No tengo tan claro que eso pae en el ejemplo 1 partiendo de \( 2^{\infty-1}+1 \) llegaras al infinito $$2^{\infty}$$ en infinitos paso de suma unitaria, pero ya escribir esto en latex seguro merece alguna crítica de forma o de fondo..
Y tampoco hay ninguna evidencia en Collatz para que ocurra lo mismo que en tu ejemplo 2 donde es claro que partiendo de $$n $$ impar llegara a infinito y nunca ejecutaras  el paso $$n/2$$, pero si sucede si $$n$$ es par.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

27 Marzo, 2026, 06:27 pm
Respuesta #7

Luis Fuentes

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Hola

 No entiendo del todo tu respuesta; o si prefieres no se si he sabido explicar lo que he querido mostrar con mis ejemplos.

- (*) Tu parecías querer fundamentar una posible demostración de la conjetura de Collatz en el hecho de que dado cualquier número de pasos \( k \) eres capaz de construir un \( n \) que ascienda en \( k \) pasos seguidos.

- Mis ejemplos lo que muestran es que esa propiedad por si sola no va a ser suficiente ni va a dar ninguna pista a favor ni en contra de si la conjetura es cierta. Por que ambos cumplen la propiedad pero en una si se da siempre la caída al \( 1 \) y en la otra no.

- ¡Por supuesto qué son casos sencillos y menos ricos en comportamiento que Collatz!¡Faltaría más! Pero son ejemplos exclusivamente para argumentar lo que he dicho en el punto anterior.

 ¿Está claro esto?

Hola, buscaba alguna pega, y la hay, en el ejemplo 1 es clara la inevitabilidad del descenso, cosa que en Collatz no es tan evidente, salvo excepciones $$2^k$$, es claro también que debes pasar al límite con infinito para decir que no descenderá pues nunca llegaras a infinito sumando uno en 1

En ninguno de los dos ejemplos que pongo hace falta pasar nada a infinito para justificar nada; porque como te he dicho esos pasos al infinito de los que hablas no tienen ningún sentido ni formal ni informal.

Citar
No tengo tan claro que eso pase en el ejemplo 1 partiendo de \( 2^{\infty-1}+1 \) llegaras al infinito $$2^{\infty}$$ en infinitos paso de suma unitaria, pero ya escribir esto en latex seguro merece alguna crítica de forma o de fondo..

No tiene sentido alguno hablar de partir de \( 2^{\infty}\ldots  \). Eso no es un número natural. Queda fuera de nada relacionado con esa función y con la conjetura.

Citar
Y tampoco hay ninguna evidencia en Collatz para que ocurra lo mismo que en tu ejemplo 2 donde es claro que partiendo de $$n $$ impar llegara a infinito y nunca ejecutaras  el paso $$n/2$$, pero si sucede si $$n$$ es par.

Como dije antes yo no pretendo que mis ejemplos ocurran fenómenos iguales a Collatz, porque son elementales frente a Collatz que es complejo. Sólo me he preocupado de que cumplan (*).

Saludos.

28 Marzo, 2026, 03:15 am
Respuesta #8

Richard R Richard

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Hola

 No entiendo del todo tu respuesta; o si prefieres no se si he sabido explicar lo que he querido mostrar con mis ejemplos.

- (*) Tu parecías querer fundamentar una posible demostración de la conjetura de Collatz en el hecho de que dado cualquier número de pasos \( k \) eres capaz de construir un \( n \) que ascienda en \( k \) pasos seguidos.

- Mis ejemplos lo que muestran es que esa propiedad por si sola no va a ser suficiente ni va a dar ninguna pista a favor ni en contra de si la conjetura es cierta. Por que ambos cumplen la propiedad pero en una si se da siempre la caída al \( 1 \) y en la otra no.

- ¡Por supuesto qué son casos sencillos y menos ricos en comportamiento que Collatz!¡Faltaría más! Pero son ejemplos exclusivamente para argumentar lo que he dicho en el punto anterior.

 ¿Está claro esto?
Sí, esta claro, pero no intento demostrar la conjetura, solo esbocé como se podría hacer ,  lo que busco es como hacer para escribir expresiones que no son números, "pero que se entiendan" pues  para mi tienen toda lógica, solo quiero buscar una manera formalizar , es decir sin incurrir al uso de expresiones como el $$2^{\infty}$$  para decir que cierto tipo de órbita que se puede imaginar que nunca asciende hasta el infinito, porque requiere que para que esa afirmación sea cierta que el número de partida tampoco sea un número natural ...

A ver en tu ejemplo 1 en un número de pasos finito siempre desciendes a 1.
en tu ejemplo 2 , dependiendo del $$n$$ de partida o llegas a 1 o no llegas nunca. No hay nada de conjetura en eso.

" La conjetura de Collatz dice que siempre alcanzaremos el 1 independientemente del número con el que comencemos."

Entonces cuales son las posibles vías para no alcanzar el 1.

1) Existencia ciclos
2) Órbita en descenso y vuelta ascender al infinito.
3) Otra que desconozca, ¿Cuál?

Si demuestro que  ni 1 ni 2 son posibles, entonces la conjetura es cierta.¿ Si o No, estamos de acuerdo en eso?

Para 1 estoy leyendo como fundamentar que ciertos polinomios "no tienen solución en los enteros" pero estoy yendo mas allá...  si no hay solución en los reales , entonces no habrá en los enteros tampoco.

Para 2 es claro que cualquier natural $$n$$ puede obtenerse desde un descenso desde el infinito siguiendo la órbita $$n2^k$$ con $$k$$ decreciendo hasta cero y entiendo que si ese $$n$$ es un mínimo,  luego se debe elegir una órbita arbitraria de ascensos y descensos para que sea posible un ascenso sostenido, estamos de acuerdo siempre es posible hallar una para casos donde el número final es finito y que se pueden proponer infinidad de órbitas reiterativas o no para casos de infinitos pasos. Pero que se vuelve imposible calcular n para cada caso de infinitos pasos , no solo porque no se puede corroborar esa cantidad de pasos de la órbita infinita,  sino porque se observa que el número de partida resulta necesariamente un número que no se puede expresar como un natural.

Si parto de la hipótesis que se llega al infinito con un natural y compruebo que eso me lleva a un absurdo, entonces ese natural no existe, donde falla mi lógica para demostrar la inexistencia de casos tipo 2.

A ver si queda duda de tema de fondo,  llamo órbita alfa (por ponerle un nombre) a una seguidilla de combinaciones de 1000 ascensos y 1300 descensos, argumentando y demostrando en cada paso se cumple correctamente la función de Collatz , ascender por 3 +1 cuando es un impar descender a la mitad cuando es par. Esa órbita es posible para un  número inicial $$n_0$$ y terminará en uno que llamo $$n_{2300}$$   de todos los naturales  habrá un  $$n$$ mínimo que cumple con esa órbita sin descender a 1 , además $$n_{2300}>n_0$$.

Si a la órbita alfa ahora le agrego un paso mas arbitrario (ascender luego de un descenso, o descender luego de un ascenso o un descenso) y la llamo beta. Entonces puede o no que siga siendo $$n_0$$ el mínimo natural que empiece esa órbita, de lo que si estamos seguros es que beta no se cumple para ningún $$n<n_0$$ puesto que $$n$$ era el mínimo que cumplía solo una porción de órbita.  Así que  al agregar  pasos en una órbita, solo puedo igualar un $$n_0$$ previo o buscar un $$n_0$$ mayor,  y de hecho cuanto mas pasos agregue mayor el $$n_0$$ debe ser, luego adicionando para infinitos pasos ese $$n_0$$ deberá tender a infinito.


¿Le ves una falla a la idea de fondo?.. sé que ves jugar con el infinito no dice nada con respecto a la conjetura, pero yo veo que si el número de pasos tiende a infinito el número de partido a tiende también a infinito.. y eso ¿por que no probaría la inexistencia de un $$n$$ finito?

El hilo viene de que no sé como formalizar la idea sin escribir cosas que ya sé que no debo escribir como $$2^{\infty}$$
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

30 Marzo, 2026, 11:41 am
Respuesta #9

Luis Fuentes

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Hola

Sí, esta claro,

No sé, no sé...  :D. Por que si está claro no concuerda mucho con lo que dices después. Pero probablemente no me estoy sabiendo explcar; o quizá vemos las cosas de diferente manera.

Citar
pero no intento demostrar la conjetura, solo esbocé como se podría hacer , 

Bueno, en parte si lo intentas.

Citar
lo que busco es como hacer para escribir expresiones que no son números, "pero que se entiendan" pues  para mi tienen toda lógica, solo quiero buscar una manera formalizar , es decir sin incurrir al uso de expresiones como el $$2^{\infty}$$  para decir que cierto tipo de órbita que se puede imaginar que nunca asciende hasta el infinito, porque requiere que para que esa afirmación sea cierta que el número de partida tampoco sea un número natural ...

Yo diría que ahí ya tienes una idea errónea; no hay ninguna forma general de formalizar ese paso al infinito que quieres hacer. En análisis uno gestiona infinitos (o infinitésimos) con paso al límite. En general te diría que cuando uno trabaja con número enteros, no suele haber ninguna forma de hacer pasos al límite que sean útiles.  Digo en general, porque puede que en algún caso (no sé cual ahora) pudiera haber servido de algo. Por ejemplo curiosamente el llamado "descenso infinito", en realidad se base en que los naturales tienen un mínimo y están bien ordenados; no hay un paso al infinito.

Citar
A ver en tu ejemplo 1 en un número de pasos finito siempre desciendes a 1.
en tu ejemplo 2 , dependiendo del $$n$$ de partida o llegas a 1 o no llegas nunca. No hay nada de conjetura en eso.

No estoy de acuerdo. Vuelvo a lo del principio. Son ejemplos triviales, sencillos. Pero son análogos a la conjetura de Collatz en el sentido en que en todos ellos se itera una determinada función sobre los naturales y se investiga como evoluciona la órbita de un elemento. Que en esos ejemplos sea muy sencillo estudiar el comportamiento y que en Collatz sea difícil no quiere decir que "no haya nada de los dos ejemplos en la conjetura de Collatz".

De hecho, si la conjetura de Collatz es cierta, entonces se comportaría como el ejemplo 1: en un número finito de pasos siempre desciendes a 1. La única diferencia es que en el ejemplo es fácil de probar, y en la de Collatz endemoniadamente difícil.

S la conjetura de Collatz es falsa, entonces se comportaría como el ejemplo 2: hay números para los cuales nunca se desciende a 1. La única diferencia es que en el ejemplo es fácil de probar, y en la de Collatz de nuevo endemoniadamente difícil.

Citar
1) Existencia ciclos
2) Órbita en descenso y vuelta ascender al infinito.
3) Otra que desconozca, ¿Cuál?

Si demuestro que  ni 1 ni 2 son posibles, entonces la conjetura es cierta.¿ Si o No, estamos de acuerdo en eso?

Si de acuerdo. En realidad en (2) es matiz de "en descenso" es lo de menos; si encuentras una órbita que toma valores tan grandes como queramos, pues la conjetura es falsa.

Citar
Para 2 es claro que cualquier natural $$n$$ puede obtenerse desde un descenso desde el infinito

No se que es un "descenso desde el infinito". Otra cosa es que digas descenso desde un número tan alto como queramos, que es distinto.

Citar
estamos de acuerdo siempre es posible hallar una para casos donde el número final es finito y que se pueden proponer infinidad de órbitas reiterativas o no para casos de infinitos pasos
.

No se que quieres decir con "órbitas reiterativas o no para casos de infinitos pasos". Sobre todo no se que quieres decir con "infinitos pasos". A no ser que te refieras que cualquier órbita puede ser iterada cuantas veces se quiera, aun a riesgo de caer en el ciclo 4-2-1-4-2-1.

Citar
Pero que se vuelve imposible calcular n para cada caso de infinitos pasos ,

Aquí entiendo que te refieres a que se vuelve imposible calcular un \( n \) inicial que al ser iterado nunca caiga a uno. Pero no se en que sentido es imposible. Si lo encontramos la conjetura sería falsa; si supiésemos que es imposible (no difícil) sino rigurosamente imposible, tendríamos probada la conjetura. Pero ni lo hemos encontrado; ni tenemos probado la segunda.

Citar
Faltaría descartar la existencia de no solo porque no se puede corroborar esa cantidad de pasos de la órbita infinita,  sino porque se observa que el número de partida resulta necesariamente un número que no se puede expresar como un natural.

A mi me parece que tu tienes esta idea (errónea) o parecida:

1- Yo tengo un método que dado \( k \) tan alto como quiera, me permite construir un número \( n \) que ascienda \( k \) pasos.
2- Pero con mi método para obtener "infinitos" pasos, ese número debería de ser infinito. Con lo cual no existe un número finito que ascienda infinitos pasos.

Que tu tengas el método para conseguir (1) no dice nada a favor o en contra de que exista un número que ascienda en un número ilimitado de pasos (que en su órbita haya términos tan grandes como queramos). ¡Y precisamente mi ejemplo 2 quería mostrarte eso!. Pero veo que no lo consigo..

Citar
Si parto de la hipótesis que se llega al infinito con un natural y compruebo que eso me lleva a un absurdo, entonces ese natural no existe, donde falla mi lógica para demostrar la inexistencia de casos tipo 2.

Aquí debes de precisar que entiendes por "llegar al infinito con un natural". La única forma posible de darle sentido es lo que he dicho antes: dar un \( n \) que tenga una órbita que toma valores tan grandes como queramos. De manera más precisa, que encuentres un \( n \) de manera que dado cualquier otro \( M>0 \) exista un \( k \), tal que si iteras la función de Collatz \( k \) veces sobre \( n \) se llegue a un número mayor que \( M \).

Entendiendo por eso que he dicho antes lo de "llegar al infinito con un natural", y si de ahí eres capaz de probar que se llega a un absurdo, si habrías probado la inexistencia de casos del tipo 2. Pero no veo que hayas hecho nada parecido.

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A ver si queda duda de tema de fondo,  llamo órbita alfa (por ponerle un nombre) a una seguidilla de combinaciones de 1000 ascensos y 1300 descensos, argumentando y demostrando en cada paso se cumple correctamente la función de Collatz , ascender por 3 +1 cuando es un impar descender a la mitad cuando es par. Esa órbita es posible para un  número inicial $$n_0$$ y terminará en uno que llamo $$n_{2300}$$   de todos los naturales  habrá un  $$n$$ mínimo que cumple con esa órbita sin descender a 1 , además $$n_{2300}>n_0$$.

No estoy muy seguro de a que llamas "cumplir con esa órbita". ¿Al menor número de esa órbita? Es decir tu empezaste con un \( n \) y aplicando \( 2300 \) veces Collatz obtuviste una lista \( 2300 \) números (que forman la órbita del inicial) y uno de ellos es el menor. ¿Es ese tu \( n_0 \)?. Hasta que no tenga claro a que te refieres no puede contestarte con rigurosidad.

 Sea como sea intenta aplicar ese argumento al ejemplo 2.

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El hilo viene de que no sé como formalizar la idea sin escribir cosas que ya sé que no debo escribir como $$2^{\infty}$$

 Como te he ido diciendo casi seguro que si una idea te invita a escribir eso.. la idea no lleva a nada.

Saludos.