雷卡曼数列

雷卡曼数列从 0 开始,总是先尝试向后走。只有当后面的位置为负或已在数列中时,它才向前走。把同样的数画成上下交替的半圆,就得到这条螺旋。

在数轴上方和下方交替排列的雷卡曼半圆
在数轴上方和下方交替排列的雷卡曼半圆

偏爱过去的跳跃

贝尔纳多·雷卡曼·桑托斯定义了这个数列,尼尔·斯隆将它收录为 OEIS A005132。它从 a₀ = 0 开始。对之后的每一步 n,先看 aₙ₋₁ − n。如果这个整数为正且尚未出现,它就是 aₙ;否则 aₙ = aₙ₋₁ + n。 0 已经是起始项,所以向后跳永远不会落在 0 上。OEIS 现在把条件表述为“非负且未使用”。这是同一条规则:0 已被使用,所以向后的值仍必须是一个新的正整数。

前十五项

数列的开头是 0, 1, 3, 6, 2, 7, 13, 20, 12, 21, 11, 22, 10, 23, 9, 24。 第 1 步无法减:0 − 1 = −1,所以它加上 1,落在 1。第 2 步同样如此,落在 3。第 3 步会回到已被使用的 0,所以落在 6。第 4 步是第一次向后跳:6 − 4 = 2,而 2 是空闲的。随后向前的跳跃经过 7、13 和 20,数列才找到 12。

看起来应该是 6 的那一步

在第 7 步,前一项是 13。相减得到 13 − 7 = 6。6 是正数,但它已经是 a₃,所以规则拒绝它,改为相加:13 + 7 = 20。每当后面的位置已被占用,都会这样。第 6 步拒绝 1,第 9 步拒绝 3,第 11 步拒绝 0。 这十五步之后,已出现的正整数是 1、2、3、6、7、9、10、11、12、13 以及 20 到 24。这一前段中最小的缺失数是 4。4 本身要到第 131 步才出现。

数轴上的半圆

用直径等于跳跃长度 n 的半圆连接 aₙ₋₁ 和 aₙ。奇数步的弧在数轴上方,偶数步在下方。用青绿色画的向后跳钻进空缺,用琥珀色画的向前跳到达新的高点。这堆弧线就是 Edmund Harriss 和 Numberphile 推广的图像:一个形似贝壳的截面,由一条贪心规则构成。

听见跳跃

同样的数值可以当作音符演奏。在应用中,“声音”把每个新项映射到自然小调音阶:向后跳是正弦音,向前跳是更柔和的三角波。旋律难以预测,因为数列不断落入未使用的整数,然后又向前跃出。打开“声音”,选择收藏项“旋律”来播放,或在弧线生长时勾选“声音”。

一个悬而未决的问题与 852,655

尼尔·斯隆猜想每个非负整数最终都会出现。这一点至今未被证明。早期的空缺会被填上:4 在前十五项中缺失,随后在第 131 步出现。一直坚持缺席的小数是 852,655。Allan Wilks 早在计算到 10^15 项时就发现它缺失。本杰明·查芬不断扩展计算,并在 2026 年 2 月报告:计算到 10^612 项后,852,655 仍是最小的缺失数。

在 PictorX 中探索

打开雷卡曼数列,让半圆生长,阅读前十五项的步骤表,或切换到“缺失的数”,观察前段中的最小空缺。拖动可移动弧线,滚动可缩放,双击可重新适配。保存 PNG,或在 PictorX 编辑器中打开画布。斐波那契数列和考拉兹猜想是另外两幅由简短规则画出的图。

常见问题

什么是雷卡曼数列?

满足 a₀ = 0 的数列;当 n > 0 时,若 aₙ₋₁ − n 为正且是新数,则 aₙ = aₙ₋₁ − n,否则 aₙ = aₙ₋₁ + n。它是 OEIS A005132。前几项是 0, 1, 3, 6, 2, 7, 13, 20, 12, 21, 11, 22, 10, 23, 9, 24。

为什么第 7 步落在 20 而不是 6?

13 − 7 = 6,而 6 已经在数列中,所以向后跳被拒绝。这一步改为加上 7,落在 20。

半圆代表什么?

每个半圆连接 aₙ₋₁ 和 aₙ,直径为 n。奇数步在数轴上方,偶数步在下方。青绿色弧向后跳到空闲整数,琥珀色弧向前跳。

每个正整数都会出现吗?

没有人知道。斯隆猜想每个非负整数最终都会出现。根据本杰明·查芬的计算并于 2026 年 2 月报告的结果,计算到 10^612 项后,852,655 仍是最小的缺失数。

图形会离开我的设备吗?

不会。数列、弧线、空缺扫描和旋律都在你的浏览器中计算。可以保存 PNG,或在 PictorX 编辑器中打开画布。

准备好尝试了吗?

在浏览器中打开 PictorX — 无需安装,无需信用卡即可启动。

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