对于自然数 nn 规定一种运算 “f(n)f(n)” :当 nn 是奇数时,f(n)=3n+1f(n) = 3n + 1 ;当 nn 是偶数时,f(n)f(n) 的值为 nn 连续被 2 整除,直到商为奇数时为止所得到的商,请计算 n=13n = 13 进行 2013 次 “f(n)f(n)” 运算的结果是 ___ .

完整解法

1. 从 $n=13$ 开始,依次计算前几次运算的结果

根据定义的新运算 f(n)f(n) 规则进行逐步迭代:

  • 第 1 次运算:13 是奇数,f(13)=3×13+1=40f(13) = 3 \times 13 + 1 = 40 ;
  • 第 2 次运算:40 是偶数,连续被 2 整除得 40÷2÷2÷2=540 \div 2 \div 2 \div 2 = 5(商 5 为奇数),故 f(40)=5f(40) = 5 ;
  • 第 3 次运算:5 是奇数,f(5)=3×5+1=16f(5) = 3 \times 5 + 1 = 16 ;
  • 第 4 次运算:16 是偶数,连续被 2 整除得 16÷2÷2÷2÷2=116 \div 2 \div 2 \div 2 \div 2 = 1(商 1 为奇数),故 f(16)=1f(16) = 1 ;
  • 第 5 次运算:1 是奇数,f(1)=3×1+1=4f(1) = 3 \times 1 + 1 = 4 ;
  • 第 6 次运算:4 是偶数,连续被 2 整除得 4÷2÷2=14 \div 2 \div 2 = 1,故 f(4)=1f(4) = 1 。

2. 分析运算结果的周期性规律

观察计算结果:
第 1 次为 40,第 2 次为 5,第 3 次为 16,第 4 次为 1,第 5 次为 4,第 6 次为 1,第 7 次为 4……
容易发现在第 4 次运算之后,运算结果在 1 和 4 之间交替出现:

  • 当运算次数 k⩾4k \geqslant 4 且 kk 为偶数时,结果为 1 ;
  • 当运算次数 k⩾4k \geqslant 4 且 kk 为奇数时,结果为 4 。

3. 确定第 2013 次运算的结果

因为 2013 是大于 4 的奇数,根据上述周期规律,第 2013 次运算的结果为 4 。

答案

4

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