Comportamento de livre escala nas sequências de hailstone usando o mapa de Collatz
dc.contributor.advisor | Mohan, Madras Viswanathan Gandhi | |
dc.contributor.advisor-co1 | Luz, Marcos Gomes Eleuterio da | |
dc.contributor.advisor-co1ID | 69568731920 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2883331787707769 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/1995273890709490 | pt_BR |
dc.contributor.author | Santos, Desiane Maiara Gomes dos | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9502411491585338 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Anselmo, Dory Helio Aires de Lima | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0554474279738500 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Raposo, Ernesto Carneiro Pessoa | |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/4321118621178584 | pt_BR |
dc.contributor.referees3 | Correa, Marcio Assolin | |
dc.contributor.referees3Lattes | http://lattes.cnpq.br/2531075321550052 | pt_BR |
dc.contributor.referees4 | Viana, Ricardo | |
dc.date.accessioned | 2021-11-12T16:51:29Z | |
dc.date.available | 2021-11-12T16:51:29Z | |
dc.date.issued | 2021-04-23 | |
dc.description.abstract | The 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.resumo | A 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.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | SANTOS, 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.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44909 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Física | pt_BR |
dc.subject | Avalanche | pt_BR |
dc.subject | Sistema complexo | pt_BR |
dc.subject | Lei de potência | pt_BR |
dc.subject | Movimento browniano | pt_BR |
dc.subject | Sequências de granizo | pt_BR |
dc.title | Comportamento de livre escala nas sequências de hailstone usando o mapa de Collatz | pt_BR |
dc.title.alternative | Scale-free behavior in hailstone sequences generated by the Collatz map | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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