Comportamento de livre escala nas sequências de hailstone usando o mapa de Collatz

dc.contributor.advisorMohan, Madras Viswanathan Gandhi
dc.contributor.advisor-co1Luz, Marcos Gomes Eleuterio da
dc.contributor.advisor-co1ID69568731920pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2883331787707769pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1995273890709490pt_BR
dc.contributor.authorSantos, Desiane Maiara Gomes dos
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9502411491585338pt_BR
dc.contributor.referees1Anselmo, Dory Helio Aires de Lima
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0554474279738500pt_BR
dc.contributor.referees2Raposo, Ernesto Carneiro Pessoa
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4321118621178584pt_BR
dc.contributor.referees3Correa, Marcio Assolin
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2531075321550052pt_BR
dc.contributor.referees4Viana, Ricardo
dc.date.accessioned2021-11-12T16:51:29Z
dc.date.available2021-11-12T16:51:29Z
dc.date.issued2021-04-23
dc.description.abstractThe Collatz conjecture, perhaps the most elementary unsolved problem in mathematics, claims that for all positive integers n, the map n 7→ n/2 for even n and n 7→ 3n+1 for odd n reaches 1 after a nite number of iterations. We examine the Collatz map's orbits, known as hailstone sequences, and ask whether or not they exhibit scale-invariant behavior, in analogy with certain processes observed in real physical systems. We develop an e cient way to generate orbits for extremely large n's (e.g., higher than n ≈ 103,000), allowing to statistically analyze very long sequences. We nd strong evidence of a scale-free power law for the Collatz map. We analytically derive the scaling exponents, displaying excellent agreement with the numerical estimations. The scale-free sequences seen in the Collatz dynamics are consistent with geometric Brownian motion with drift, which is compatible with the validity of the Collatz conjecture. Our results lead to another conjecture (conceivably testable through direct, nonetheless very time consuming, numerical simulations): given an initial n, the average number of iterations needed to reach 1 is proportional, to lowest order, to log[n].pt_BR
dc.description.resumoA conjectura de Collatz, possivelmente o problema mais elementar na matemática ainda não resolvido, a rma que para todos os inteiros positivos n, o mapa n 7→ n/2 (n par) e n 7→ 3n + 1 (n ímpar) atinge 1 após um número nito de iterações. As órbitas do mapa de Collatz que aqui consideramos, também conhecidas como sequências de granizo, foram geradas buscando entender se exibem ou não comportamento invariante de escala, em analogia com certos processos observados em sistemas físicos reais. Desenvolvemos uma maneira e ciente de gerar órbitas para n's extremamente grandes (por exemplo, maior do que n ≈ 103,000), permitindo analisar estatisticamente sequências muito longas. Com essa maneira e ciente, encontramos evidência muito forte de uma lei de potência sem escala para o mapa de Collatz. Derivamos analiticamente os expoentes de escala, apresentando excelente concordância com as estimativas numéricas. As sequências sem escala vistas na dinâmica de Collatz são consistentes com o Movimento Browniano Geométrico com Drift, que é compatível com a validade da conjectura de Collatz. Nossos resultados levam a outra conjectura (concebivelmente testável por meio de simulações numéricas diretas, embora demoradas): dado uma condição inicial n, o número médio de iterações necessárias para chegar a 1 é proporcional, para a ordem mais baixa, a log[n].pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationSANTOS, Desiane Maiara Gomes dos. Comportamento de livre escala nas sequências de hailstone usando o mapa de Collatz. 2021. 83f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44909
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectFísicapt_BR
dc.subjectAvalanchept_BR
dc.subjectSistema complexopt_BR
dc.subjectLei de potênciapt_BR
dc.subjectMovimento brownianopt_BR
dc.subjectSequências de granizopt_BR
dc.titleComportamento de livre escala nas sequências de hailstone usando o mapa de Collatzpt_BR
dc.title.alternativeScale-free behavior in hailstone sequences generated by the Collatz mappt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

Arquivos

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
Comportamentolivreescala_Santos_2021.pdf
Tamanho:
1.29 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Nenhuma Miniatura disponível
Baixar