Tetrasyon - Tetration

A colorful graphic with brightly colored loops that grow in intensity as the eye goes to the right
Alan renklendirme of holomorf tetrasyon , ile renk işlevi temsil eden tartışma ve parlaklık büyüklüğü temsil eden
A line graph with curves that bend upward dramatically as the values on the x-axis get larger
, için n = 2, 3, 4, ..., iki nokta arasındaki sonsuz yinelenen üsse yakınsamayı gösteriyor

İçinde matematik, tetrasyon (veya hiper-4) bir operasyon dayalı yinelenen veya tekrarlanan üs alma. Bu bir sonraki aşırı operasyon sonra üs alma, ama önce pentasyon. Kelime icat edildi Reuben Louis Goodstein itibaren dörtlü (dört) ve yineleme.

Tekrarlanan üs alma tanımına göre, gösterim anlamına geliyor , nerede n Kopyaları a üs alma yoluyla, sağdan sola, yani yinelenir. üs alma uygulaması zamanlar. n işlevin "yüksekliği" olarak adlandırılırken a üs almaya benzer şekilde "baz" olarak adlandırılır. " ntetrasyon a".

Tetrasyon ayrıca yinelemeli olarak şu şekilde tanımlanır:

,

gerçek ve karmaşık sayılar gibi doğal olmayan sayılara tetrasyonu genişletme girişimlerine izin verir.

Tetrasyonun iki tersine denir süper kök ve süper logaritma, n'inci köke ve logaritmik fonksiyonlara benzer. Üç işlevden hiçbiri temel.

Tetrasyon, çok büyük sayıların gösterimi.

Giriş

İlk dört hiperoperasyonlar Seride dördüncü kabul edilen tetrasyon ile burada gösterilmektedir. tekli işlem halefiyet, olarak tanımlandı , sıfırıncı işlem olarak kabul edilir.

  1. İlave
    n 1 kopyası eklendi a.
  2. Çarpma işlemi
    n Kopyaları a ekleyerek birleştirilir.
  3. Üs alma
    n Kopyaları a çarpma ile birleştirilir.
  4. Tetrasyon
    n Kopyaları a sağdan sola üsleme ile birleştirilir.[1]

Halefiyet, (a ′ = a + 1)en temel işlemdir; eklerken (a + n) birincil bir işlemdir, doğal sayıların toplanması için zincirlenmiş bir dizi olarak düşünülebilir. n halefleri a; çarpma işlemi (a × n) aynı zamanda birincil bir işlemdir, ancak doğal sayılar için benzer şekilde, aşağıdakileri içeren zincirleme bir toplama olarak düşünülebilir. n Sayıları a. Üs alma, aşağıdakileri içeren zincirleme bir çarpma olarak düşünülebilir: n Sayıları a ve tetrasyon () içeren zincirlenmiş bir güç olarak n sayılar a. Yukarıdaki işlemlerin her biri, bir öncekinin yinelenmesiyle tanımlanır;[2] ancak, ondan önceki operasyonların aksine tetrasyon bir temel fonksiyon.

Parametre a olarak anılır temelparametre n olarak adlandırılabilir yükseklik. Orijinal tetrasyon tanımında, yükseklik parametresi doğal bir sayı olmalıdır; örneğin, "üç kendi başına negatif beş kez büyütüldü" ya da "dört kendi başına yarım bir süre arttı" demek mantıksız olur. Bununla birlikte, toplama, çarpma ve üs alma, gerçek ve karmaşık sayılara uzantılara izin veren şekillerde tanımlanabildiği gibi, tetrasyonu negatif sayılara, gerçek sayılara ve karmaşık sayılara genellemek için birkaç girişimde bulunulmuştur. Bunu yapmanın böyle bir yolu tetrasyon için özyinelemeli bir tanım kullanmaktır; herhangi bir pozitif için gerçek ve olumsuz olmayan tamsayı , tanımlayabiliriz özyinelemeli olarak:[2]

Özyinelemeli tanım, tekrarlanan üs alma ile eşdeğerdir. doğal yükseklikler; ancak bu tanım, diğer yüksekliklere uzatmalara izin verir. , , ve ayrıca - bu uzantıların çoğu aktif araştırma alanlarıdır.

Terminoloji

Tetrasyon için, her birinin arkasında bir mantık bulunan birçok terim vardır, ancak bazıları şu ya da bu nedenle yaygın olarak kullanılmamıştır. Burada her terimin gerekçesi ve karşı mantığı ile karşılaştırılması.

  • Dönem tetrasyonGoodstein tarafından 1947 tarihli makalesinde tanıtıldı Yinelemeli Sayı Teorisinde Transfinite Sıra Sayıları[3] (kullanılan özyinelemeli temel temsili genelleme Goodstein teoremi daha yüksek işlemleri kullanmak), hakimiyet kazanmıştır. Aynı zamanda Rudy Rucker 's Sonsuzluk ve Akıl.
  • Dönem üst üstlenme Bromer tarafından makalesinde yayınlandı Üstünleşme 1987'de.[4] Daha önce Ed Nelson tarafından Predicative Arithmetic, Princeton University Press, 1986 kitabında kullanılmıştır.
  • Dönem hiper güç[5] doğal bir kombinasyondur aşırı ve güç, tetrasyonu uygun bir şekilde tanımlamaktadır. Sorun anlamında yatıyor aşırı saygıyla aşırı operasyon sıra. Hiperoperasyonları düşünürken, terim aşırı tüm rütbeleri ve terimini ifade eder Süper rank 4 veya tetration anlamına gelir. Yani bu düşünceler altında hiper güç yanıltıcıdır, çünkü yalnızca tetrasyona atıfta bulunur.
  • Dönem güç kulesi[6] bazen "düzen güç kulesi" biçiminde kullanılır. n" için . Ancak bu yanlış bir isimdir, çünkü tetrasyon yinelemeli olarak ifade edilemez. güç işlevler (yukarıya bakın), çünkü yinelenen bir üstel işlevi.

Kısmen bazı ortak terminoloji ve benzerlerinden dolayı notasyonel sembolizm tetrasyon genellikle yakından ilişkili işlevler ve ifadelerle karıştırılır. İşte birkaç ilgili terim:

Tetrasyon ile ilgili terimler
TerminolojiForm
Tetrasyon
Yinelenen üsteller
İç içe geçmiş üsler (ayrıca kuleler)
Sonsuz üsler (ayrıca kuleler)

İlk iki ifadede a ... temelve sayısı a görünen yükseklik (için bir tane ekleyin x). Üçüncü ifadede, n ... yükseklik, ancak bazların her biri farklı.

Yinelenen üstel ifadelere atıfta bulunurken dikkatli olunmalıdır, çünkü bu biçimdeki ifadeleri yinelemeli üs alma olarak adlandırmak yaygındır, bu da belirsizdir, çünkü bu her iki anlama gelebilir yinelenen güçler veya yinelenmiş üstel.

Gösterim

Tetrasyonu ifade etmek için kullanılabilecek birçok farklı gösterim stili vardır. Bazı gösterimler, diğerlerini tanımlamak için de kullanılabilir. hiperoperasyonlar bazıları tetrasyon ile sınırlıdır ve ani bir uzantısı yoktur.

Tetrasyon için gösterim stilleri
İsimFormAçıklama
Rudy Rucker gösterimiMaurer [1901] ve Goodstein [1947] tarafından kullanılmıştır; Rudy Rucker kitabı Sonsuzluk ve Akıl notasyonu popüler hale getirdi.[nb 1]
Knuth'un yukarı ok gösterimiDaha fazla ok veya daha güçlü bir şekilde dizine alınmış bir ok koyarak uzantıya izin verir.
Conway zincirleme ok gösterimi2 sayısını artırarak (yukarıdaki uzantılara eşdeğer), ancak aynı zamanda zinciri genişleterek daha da güçlü bir şekilde genişletmeye izin verir
Ackermann işleviÖzel duruma izin verir Ackermann işlevi açısından yazılmalıdır.
Yinelenen üstel gösterim1 dışındaki ilk değerlerden yinelenen üstellere basit uzantı sağlar.
Hooshmand gösterimleri[7]M. H. Hooshmand [2006] tarafından kullanılmıştır.
Hiper işlem notasyonlar4 sayısını artırarak uzatmaya izin verir; bu ailesine verir hiperoperasyonlar.
Çift şapka notasyonua ^^ nYukarı ok imleci ile aynı şekilde kullanıldığından (^), tetrasyon şu şekilde yazılabilir (^^); için uygun ASCII.

Yukarıdaki bir gösterim yinelenen üstel gösterimi kullanır; bu genel olarak şu şekilde tanımlanır:

ile n as.

Yinelenen üsler için çok fazla gösterim yoktur, ancak işte birkaç tane:

Yinelenen üsteller için gösterim stilleri
İsimFormAçıklama
Standart gösterimEuler notasyonu icat etti ve yineleme gösterimi uzun zamandır etrafta.
Knuth'un yukarı ok gösterimiOk sayısını artırarak süper güçlere ve süper üstel fonksiyona izin verir; makalesinde kullanılmış büyük sayılar.
Metin gösterimitecrübe_a^n (x)Standart gösterime göre; için uygun ASCII.
J Gösterimx^^:(n-1)xÜslemeyi tekrarlar. Görmek J (programlama dili)[8]

Örnekler

Tetrasyonun son derece hızlı büyümesi nedeniyle, aşağıdaki tablodaki çoğu değer bilimsel gösterimde yazılamayacak kadar büyüktür. Bu durumlarda, yinelemeli üstel gösterim, bunları 10 tabanında ifade etmek için kullanılır. Ondalık nokta içeren değerler yaklaşıktır.

Tetrasyon örnekleri
11111
241665,536265,536 veya (2.0035 × 1019,728)
3277,625,597,484,987 (3.68 × 1012 rakamlar)
42561.34078 × 10154 (8.1 × 10153 rakamlar)
53,1251.91101 × 102,184 (1.3 × 102,184 rakamlar)
646,6562.65912 × 1036,305 (2.1 × 1036,305 rakamlar)
7823,5433.75982 × 10695,974 (3.2 × 10695,974 rakamlar)
816,777,2166.01452 × 1015,151,335 (5.4 × 1015,151,335 rakamlar)
9387,420,4894.28125 × 10369,693,099 (4.1 × 10369,693,099 rakamlar)
1010,000,000,0001010,000,000,000 (1010,000,000,000 + 1 basamak)

Özellikleri

Tetrasyon, üs almaya benzer birkaç özelliğin yanı sıra işleme özgü olan ve üs alma yoluyla kaybedilen veya kazanılan özelliklere sahiptir. Çünkü üs alma işe gidip gelmek, ürün ve güç kurallarının tetrasyon ile bir analogu yoktur; ifadeler ve tüm durumlar için doğru olması gerekmez.[9]

Bununla birlikte, tetrasyon farklı bir özelliği takip eder. . Bu gerçek, en açık şekilde özyinelemeli tanım kullanılarak gösterilir. Bu mülkten bir kanıt izler: geçişe izin veren b ve c belirli denklemlerde. Kanıt şu şekildedir:

Bir numara x ve 10 coprime sonuncuyu hesaplamak mümkündür m ondalık basamak kullanma Euler teoremi, herhangi bir tam sayı için m.

Değerlendirme yönü

Bir "üs alma kulesi" olarak ifade edilen tetrasyonu değerlendirirken, seri üs alma ilk önce en derin seviyede yapılır (gösterimde, tepede).[1] Örneğin:

Bu sıralama önemlidir çünkü üs alma ilişkisel ve ifadenin aksi yönde değerlendirilmesi sipariş farklı bir cevaba yol açacaktır:

Soldan sağa ifadeyi değerlendirmek daha az ilginç kabul edilir; soldan sağa, herhangi bir ifadenin değerlendirilmesi basitleştirilebilir .[10] Bu nedenle kuleler sağdan sola (veya yukarıdan aşağı) değerlendirilmelidir. Bilgisayar programcıları bu seçeneği şu şekilde adlandırır: sağ çağrışımlı.

Uzantılar

Tetrasyon iki farklı şekilde genişletilebilir; denklemde hem üs a ve yükseklik n tetrasyon tanımı ve özellikleri kullanılarak genelleştirilebilir. Taban ve yükseklik, negatif olmayan tam sayıların ötesine, farklı etki alanları, dahil olmak üzere gibi karmaşık işlevler ve sonsuz yükseklikler n, tetrasyonun daha sınırlı özellikleri tetrasyonu uzatma yeteneğini azaltır.

Bazlar için alan adı uzantısı

Sıfır taban

Üstel tutarlı bir şekilde tanımlanmamıştır. Böylece tetrasyonlar daha önce verilen formülle açıkça tanımlanmamıştır. Ancak, iyi tanımlanmıştır ve mevcuttur:[11]

Böylece tutarlı bir şekilde tanımlayabiliriz . Bu, tanımlamaya benzer .

Bu uzantı altında, yani kural orijinal tanıma göre hala geçerlidir.

Karmaşık tabanlar

Dönemin daha da büyüdüğünü gösteren renkli bir grafik
Döneme göre tetrasyon
Kaçışın daha da büyüdüğünü gösteren renkli bir grafik
Kaçış yoluyla tetrasyon

Dan beri Karışık sayılar güçlere yükseltilebilir, tetrasyon uygulanabilir üsler şeklinde z = a + bi (nerede a ve b Gerçek mi). Örneğin, nz ile z = bentetrasyon, kullanılarak elde edilir ana şube doğal logaritmanın; kullanma Euler formülü ilişkiyi anlıyoruz:

Bu, için özyinelemeli bir tanım önerir n+1ben = a ′ + b′i herhangi bir nben = a + bi:

Aşağıdaki yaklaşık değerler türetilebilir:

Karmaşık bazların tetrasyon değerleri
Yaklaşık değer
ben
0.2079
0.9472 + 0.3208ben
0.0501 + 0.6021ben
0.3872 + 0.0305ben
0.7823 + 0.5446ben
0.1426 + 0.4005ben
0.5198 + 0.1184ben
0.5686 + 0.6051ben

Önceki bölümde olduğu gibi ters ilişkiyi çözmek, beklenen 0ben = 1 ve −1ben = 0negatif değerlerle n hayali eksende sonsuz sonuçlar verir. Grafiği karmaşık düzlem, tüm dizi sınıra kadar spiral 0.4383 + 0.3606ben, nerede değer olarak yorumlanabilir n sonsuzdur.

Bu tür tetrasyon dizileri Euler zamanından beri incelenmiştir, ancak kaotik davranışları nedeniyle tam olarak anlaşılamamıştır. Tarihsel olarak yayınlanan araştırmaların çoğu, sonsuz sayıda yinelenen üstel fonksiyonun yakınsaması üzerine odaklanmıştır. Mevcut araştırmalar, güçlü bilgisayarların ortaya çıkmasından büyük fayda sağlamıştır. fraktal ve sembolik matematik yazılımı. Tetrasyon hakkında bilinenlerin çoğu, karmaşık dinamikler hakkındaki genel bilgilerden ve üstel haritanın özel araştırmalarından gelir.[kaynak belirtilmeli ]

Farklı yükseklikler için alan uzantıları

Sonsuz yükseklikler

Taban arttıkça yukarı doğru hızlı bir eğri olan bir çizgi grafik
bazlar için sonsuz yinelenen üstel yakınsamaların
Merkezde bir nokta bulunan üç boyutlu bir Kartezyen grafik
İşlev karmaşık düzlemde, gerçek değerli sonsuz yinelenen üstel fonksiyonu (siyah eğri) gösteren

Tetrasyon uzatılabilir sonsuz yükseklikler;[12] yani, kesin olarak a ve n değerler sonsuzluk için iyi tanımlanmış bir sonuç vardır n. Bunun nedeni, belirli bir aralıktaki bazlar için, yüksekliğin eğilimi nedeniyle tetrasyonun sonlu bir değere yakınlaşmasıdır. sonsuzluk. Örneğin, 2'ye yakınsar ve bu nedenle 2'ye eşit olduğu söylenebilir. 2'ye doğru eğilim, küçük sonlu bir kuleyi değerlendirerek görülebilir:

Genel olarak, sonsuz yinelenen üstel sınırı olarak tanımlanır gibi n sonsuza gider, yakınsar eexe1/e, kabaca 0,066 ile 1,44 aralığındadır, sonuç olarak Leonhard Euler.[13] Sınır, varsa, denklemin pozitif bir gerçek çözümüdür y = xy. Böylece, x = y1/y. Sonsuz tetrasyonunu tanımlayan limit x bir araya gelemiyor x > e1/e çünkü maksimum y1/y dır-dir e1/e.

Bu, karmaşık sayılara genişletilebilir z tanımı ile:

nerede W temsil eder Lambert'in W işlevi.

Limit olarak y = x (eğer varsa, yani ee < x < e1/e) tatmin etmeli xy = y bunu görüyoruz xy = x ters fonksiyonu (alt dalı) yx = y1/y.

Negatif yükseklikler

Tetrasyon için yinelemeli kuralı kullanabiliriz,

kanıtlamak :

−1 yerine k verir

.[10]

Daha küçük negatif değerler bu şekilde iyi tanımlanamaz. −2 yerine k aynı denklemde verir

ki bu iyi tanımlanmamıştır. Ancak bazen setler olarak kabul edilebilirler.[10]

İçin herhangi bir tanımı kuralla tutarlıdır çünkü

herhangi .

Gerçek yükseklikler

Şu anda, tetrasyonu gerçek veya karmaşık değerlere genişletme genel sorununa genel olarak kabul edilmiş bir çözüm yoktur. n. Bununla birlikte, konuya yönelik birçok yaklaşım vardır ve farklı yaklaşımlar aşağıda özetlenmiştir.

Genel olarak sorun bulmaktır - herhangi bir gerçek için a > 0 - bir süper üstel fonksiyon gerçek üzerinde x > −2 bu tatmin edici

  • her şey için [14]

Daha doğal bir uzantı bulmak için genellikle bir veya daha fazla ekstra gereksinim gerekir. Bu genellikle aşağıdakilerin bir koleksiyonudur:

  • Bir süreklilik gereksinim (genellikle sadece bu her iki değişkende de süreklidir ).
  • Bir ayırt edilebilirlik gereksinim (bir, iki kez olabilir, k kez veya sonsuz türevlenebilir x).
  • Bir düzenlilik gereksinim (iki kez farklılaştırılabilir ima eder) x) şu:
hepsi için

Dördüncü gereklilik, yazardan yazara ve yaklaşımlar arasında farklılık gösterir. Tetrasyonu gerçek boyutlara çıkarmak için iki ana yaklaşım vardır; bir düzenlilik gereksinim ve biri dayanmaktadır ayırt edilebilirlik gereksinim. Bu iki yaklaşım o kadar farklı görünmektedir ki birbirleriyle tutarsız sonuçlar ürettikleri için uzlaştırılamayabilirler.

Ne zaman bir uzunluk aralığı için tanımlanır, tüm işlev herkes için kolayca izler x > −2.

Gerçek yükseklikler için doğrusal yaklaşım
Üçüncü çeyrekteki değerlerin hızla aşağıya indiği ve birinci çeyrekteki değerlerin hızla yukarı doğru gittiği bir S-eğrisine benzer bir şeklin çizildiği bir çizgi grafik
doğrusal yaklaşım kullanarak

Bir Doğrusal yaklaşım (süreklilik gereksinimine çözüm, farklılaştırılabilirlik gereksinimine yaklaşıklık) şu şekilde verilir:

dolayısıyla:

Doğrusal yaklaşım değerleri
YaklaşıklıkAlan adı
için −1 < x < 0
için 0 < x < 1
için 1 < x < 2

ve benzeri. Ancak, yalnızca parça parça türevlenebilir; tamsayı değerlerinde x türev ile çarpılır . Sürekli olarak farklılaştırılabilir ancak ve ancak . Örneğin, bu yöntemleri kullanarak ve

Hooshmand'ın makalesinde bir ana teorem[7] devletler: Let . Eğer süreklidir ve koşulları karşılar:

  • ayırt edilebilir (−1, 0),
  • azalan veya artmayan bir fonksiyondur (−1, 0),

sonra denklem aracılığıyla benzersiz bir şekilde belirlenir

nerede kesirli kısmını gösterir x ve ... -yinelenen işlev fonksiyonun .

Bunun kanıtı, ikinci ila dördüncü koşulların önemsiz şekilde şunu ima etmesidir: f doğrusal bir fonksiyondur [−1, 0].

Doğal tetrasyon işlevine doğrusal yaklaşım sürekli türevlenebilir, ancak ikinci türevi, argümanının tamsayı değerlerinde mevcut değildir. Hooshmand, bunun için başka bir benzersizlik teoremi türetmiştir:

Eğer aşağıdakileri karşılayan sürekli bir işlevdir:

  • dışbükey (−1, 0),

sonra . [Buraya Hooshmand'ın doğal tetrasyon işlevine doğrusal yaklaşım için kullandığı adıdır.]

Kanıt, öncekiyle hemen hemen aynıdır; özyineleme denklemi, ve sonra dışbükeylik koşulu şunu ima eder: doğrusaldır (−1, 0).

Bu nedenle, doğal tetrasyona doğrusal yaklaşım denklemin tek çözümüdür. ve hangisi dışbükey açık (−1, +∞). Yeterince farklılaştırılabilen diğer tüm çözümlerin bir dönüm noktası aralıkta (−1, 0).

Gerçek yükseklikler için daha yüksek dereceli yaklaşımlar
X ekseni boyunca değerler arttıkça azalan bir genliğe sahip olan bir sinüs dalgasına benzeyen mavi ile çizilmiş bir çift çizgi grafik ve ikincisi, bu eğriler boyunca noktaları çizgi parçalarıyla doğrudan birleştiren kırmızı bir çizgidir.
Fonksiyonun doğrusal ve ikinci dereceden yaklaşımlarının (sırasıyla kırmızı ve mavi olarak) karşılaştırılması , şuradan x = −2 -e x = 2

Doğrusal yaklaşımların ötesinde, bir ikinci dereceden yaklaşım (farklılaştırılabilirlik gerekliliğine) şu şekilde verilir:

herkes için ayırt edilebilir olan , ancak iki kez farklılaştırılamaz. Örneğin, Eğer bu doğrusal yaklaşımla aynıdır.[2]

Hesaplanma şekli nedeniyle, bu fonksiyon üslerin aksine "iptal etmez". . Yani,

.

Tıpkı ikinci dereceden bir yaklaşım, kübik yaklaşımlar ve derece yaklaşımlarına genelleme yöntemleri olduğu gibi n çok daha beceriksiz olsalar da var.[2][15]

Karmaşık yükseklikler

X ekseni boyunca mantar gibi değerleri gösteren karmaşık bir grafik
Analitik uzantının çizimi karmaşık düzleme tetrasyon. Seviyeler ve seviyeler kalın eğrilerle gösterilmiştir.

Şimdi kanıtlandı[16] benzersiz bir işlevin var olduğunu F bu denklemin çözümü F(z + 1) = exp (F(z)) ve ek koşulları karşılar F(0) = 1 ve F(z) yaklaşır sabit noktalar logaritmanın (kabaca 0.318 ± 1.337ben) gibi z yaklaşımlar ±ben ve şu F dır-dir holomorf bütün kompleks içinde z-düzlem, gerçek eksenin parçası hariç z ≤ −2. Bu kanıt bir önceki varsayım.[17] Böyle bir işlevin inşası ilk olarak 1950'de Kneser tarafından gösterildi.[18] Bu işlevin karmaşık haritası sağdaki şekilde gösterilmektedir. İspat ayrıca başka üsler için de işe yarar. etaban daha büyük olduğu sürece . Sonraki çalışmalar, inşaatı tüm karmaşık temellere genişletti. Bu işlevin karmaşık çift kesinlik yaklaşımı çevrimiçi olarak mevcuttur.[19]

Tetrasyonun holomorfik olması gerekliliği, benzersizliği açısından önemlidir. Birçok fonksiyon S olarak inşa edilebilir

nerede α ve β sağlamak için yeterince hızlı bozulan gerçek dizilerdir. serinin yakınsaması, en azından orta değerlerde Benz.

İşlev S tetrasyon denklemlerini karşılar S(z + 1) = exp (S(z)), S(0) = 1, ve eğer αn ve βn 0'a yeterince hızlı yaklaşmak, pozitif reel eksenin bir mahallesinde analitik olacaktır. Ancak, bazı unsurlar {α} veya {β} sıfır değil, o zaman işlev S karmaşık düzlemde, hayali eksen boyunca günah ve cos'un üstel büyümesinden dolayı çok sayıda ek tekillik ve kesme çizgisine sahiptir; katsayılar ne kadar küçükse {α} ve {β} Bu tekillikler gerçek eksenden ne kadar uzaksa.

Bu nedenle, tetrasyonun karmaşık düzleme genişlemesi, benzersizlik için gereklidir; gerçek analitik tetrasyon benzersiz değildir.

Temel olmayan yinelemeli

Tetrasyon (sınırlı ) bir değil temel özyinelemeli işlev. Tüm temel özyinelemeli işlevler için tümevarım yoluyla kanıtlanabilir fbir sabit var c öyle ki

Sağ tarafı gösteriyoruz . Aksine, tetrasyonun temel özyinelemeli olduğunu varsayalım. aynı zamanda temel özyinelemelidir. Yukarıdaki eşitsizliğe göre, sabit bir c öyle ki . İzin vererek bizde var bir çelişki.

Ters işlemler

Üs alma iki ters işleme sahiptir; kökler ve logaritmalar. Benzer şekilde, ters tetrasyonun çoğu zaman süper kök, ve süper logaritma (Aslında, 3'ten büyük veya 3'e eşit tüm hiperoperasyonların benzer tersleri vardır); ör. işlevde , iki ters, kübün süper köküdür y ve süper logaritma tabanıy nın-nin x.

Süper kök

Süper kök, tabana göre tetrasyonun ters işlemidir: eğer , sonra y bir nsüper kökü x ( veya ).

Örneğin,

yani 2, 65.536'nın 4. süper köküdür.

Süper kök kare

X ekseni boyunca değerler arttıkça (0,1) 'de başlayan, hafifçe sağa doğru bükülen ve ardından önemli ölçüde sola bükülen bir eğri
Grafik

2. derece süper kök, karekök süper kökveya süper karekök iki eşdeğer notasyona sahiptir, ve . Tersidir ve ile temsil edilebilir Lambert W işlevi:[20]

Fonksiyon ayrıca kökün yansıtıcı doğasını ve logaritma fonksiyonlarını gösterir, çünkü aşağıdaki denklem yalnızca aşağıdaki durumlarda geçerlidir: :

Sevmek Karekök, kare süper kökü x tek bir çözümü olmayabilir. Kareköklerden farklı olarak, üst kareköklerin sayısının belirlenmesi x zor olabilir. Genel olarak, eğer , sonra x 0 ile 1 arasında iki pozitif kare süper-köke sahiptir; ve eğer , sonra x 1'den büyük bir pozitif kare süper köke sahiptir. x pozitif ve şundan az hiç yok gerçek süper kökler kareler, ancak yukarıda verilen formül sayılabilir şekilde sonsuz sayıda karmaşık herhangi bir sonlu x 1'e eşit değil.[20] Fonksiyonun boyutunu belirlemek için kullanılmıştır. veri kümeleri.[21]

Şurada: :

Diğer süper kökler

Başlangıç ​​noktasında başlayan ve x ekseni boyunca değer arttıkça hızla 2'ye doğru bir asimptot oluşturan bir çizgi grafik
Grafik

Her tam sayı için n > 2, işlev nx tanımlandı ve artıyor x ≥ 1, ve n1 = 1, böylece nsüper kökü x, , için var x ≥ 1.

Üçüncü derece süper kök için daha basit ve daha hızlı formüllerden biri, "x ^ x ^ x = a" ve sonraki x (n + 1) = exp (W (W (x (n ) * ln (a)))), örneğin x (0) = 1.

Ancak, yukarıdaki doğrusal yaklaşım kullanılır, sonra Eğer −1 < y ≤ 0, yani var olamaz.

Karekök ile aynı şekilde, diğer süper kökler için terminoloji, normal kökler: "küp süper kökler" olarak ifade edilebilir ; "4. süper kök" şu şekilde ifade edilebilir: ; ve "nsüper kök " . Bunu not et benzersiz bir şekilde tanımlanmayabilir, çünkü birden fazla ninci kök. Örneğin, x tek bir (gerçek) süper kökü varsa n dır-dir garipve ikiye kadar eğer n dır-dir hatta.[kaynak belirtilmeli ]

Tetrasyonun sonsuz yüksekliklere uzatılmasında olduğu gibi, süper kök, n = ∞iyi tanımlanmışsa 1/exe. Bunu not et ve böylece . Bu nedenle, iyi tanımlandığında, ve normal tetrasyonun aksine, bir temel fonksiyon. Örneğin, .

Takip eder Gelfond-Schneider teoremi o süper kök herhangi bir pozitif tam sayı için n ya tamsayıdır ya da transandantal, ve ya tamsayıdır ya da irrasyoneldir.[22] İkinci durumda irrasyonel süper köklerin aşkın olup olmadığı hala açık bir sorudur.

Süper logaritma

Sürekli artan ( x) tetrasyonun tanımı, xa, seçilir, karşılık gelen süper logaritma veya tüm gerçek sayılar için tanımlanmıştır x, ve a > 1.

İşlev zorlanmakax tatmin eder:

Açık sorular

Tetrasyonun uzantıları ile ilgili problemlerin dışında, tetrasyonla ilgili, özellikle sayı sistemleri arasındaki ilişkilerle ilgili olarak, birkaç açık soru vardır. tamsayılar ve irrasyonel sayılar:

  • Pozitif bir tam sayı olup olmadığı bilinmemektedir n hangisi için nπ veya ne bir tamsayıdır. Özellikle, herhangi birinin 4π veya 5e bir tamsayıdır.[kaynak belirtilmeli ]
  • Bilinmemektedir nq herhangi bir pozitif tam sayı için bir tamsayıdır n ve pozitif tamsayı olmayan rasyonel q.[22] Özellikle denklemin pozitif kökünün olup olmadığı bilinmemektedir. 4x = 2 rasyonel bir sayıdır.[kaynak belirtilmeli ]

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ Rudolf von Bitter Rucker 's (1982) gösterimi nxHans Maurer (1901) tarafından tanıtıldığı üzere ve Reuben Louis Goodstein (1947) tetration için, karıştırılmamalıdır Alfred Pringsheim 's ve Jules Molk 's (1907) gösterimi nf(x) yinelenen belirtmek için işlev bileşimleri ne de David Patterson Ellerman 's (1995) nx ön-üst simge gösterimi kökler.

Referanslar

  1. ^ a b "$ X ^ x $, $ x ^ {x ^ x} $ 'ın türevi ve Tetration and Hyper-Exponentiation adlı bir Girişim". Matematik Kasası. 2016-01-01. Alındı 2019-07-25.
  2. ^ a b c d Neyrinck, Mark. Aritmetik İşlemlerin İncelenmesi. Erişim tarihi: 9 Ocak 2019.
  3. ^ R.L. Goodstein (1947). Yinelemeli sayı teorisinde "Transfinite sıra sayıları". Journal of Symbolic Logic. 12 (4): 123–129. doi:10.2307/2266486. JSTOR  2266486.
  4. ^ N. Bromer (1987). "Üstün algılama". Matematik Dergisi. 60 (3): 169–174. doi:10.1080 / 0025570X.1987.11977296. JSTOR  2689566.
  5. ^ J.F. MacDonnell (1989). "Hiper güç işlevinin bazı kritik noktaları ". Uluslararası Matematiksel Eğitim Dergisi. 20 (2): 297–305. doi:10.1080/0020739890200210. BAY  0994348.
  6. ^ Weisstein, Eric W. "Güç kulesi". MathWorld.
  7. ^ a b Hooshmand, M.H. (2006). "Ultra güç ve ultra üstel fonksiyonlar". İntegral Dönüşümler ve Özel Fonksiyonlar. 17 (8): 549–558. doi:10.1080/10652460500422247. S2CID  120431576.
  8. ^ "Güçlü Fiil". J Kelime Bilgisi. J Yazılım. Alındı 2011-10-28.
  9. ^ Alexander Meiburg. (2014). Ürünün Güç Kulesi Aracılığıyla Tetrasyonun Analitik Uzantısı Erişim tarihi: November 29, 2018
  10. ^ a b c Müller, M. "Reihenalgebra: Üsselleştirmenin ötesinde ne var?" (PDF). Alındı 2018-12-12.
  11. ^ "Hiper operatörlerin merdivenini tırmanmak: tetration". math.blogoverflow.com. Stack Exchange Matematik Blogu. Alındı 2019-07-25.
  12. ^ "Hiper operatörlerin merdivenini tırmanmak: tetration". George Daccache. 2015-01-05. Alındı 2016-02-18.
  13. ^ Euler, L. "De serie Lambertina Plurimisque eius insignibus proprietatibus." Açta Acad. Scient. Petropol. 2, 29–51, 1783. Euler, L.'de yeniden basılmıştır. Opera Omnia, Seri Prima, Cilt. 6: Algebraicae Yorumları. Leipzig, Almanya: Teubner, s. 350–369, 1921. (faks )
  14. ^ Trappmann, Henryk; Kouznetsov, Dmitrii (2010-06-28). "Gerçek analitik tetrasyon için 5'ten fazla yöntem". Alındı 2018-12-05.
  15. ^ Andrew Robbins. Tetrasyonun Analitik Parçalı Uzantısı ve Süper-logaritmayı Çözme. Uzantılar, makalenin "Sonuçların Başlangıcı" adlı ikinci bölümünde bulunur.
  16. ^ Paulsen, W .; Cowgill, S. (Mart 2017). "Çözme in the complex plane" (PDF). Advances in Computational Mathematics. 43: 1–22. doi:10.1007/s10444-017-9524-1. S2CID  9402035.
  17. ^ Kouznetsov, D. (July 2009). "Solution of in complex -plane" (PDF). Hesaplamanın Matematiği. 78 (267): 1647–1670. doi:10.1090/S0025-5718-09-02188-7.
  18. ^ Kneser, H. (1950). "Reelle analytische Lösungen der Gleichung und verwandter Funktionalgleichungen". Journal für die reine und angewandte Mathematik (Almanca'da). 187: 56–67.
  19. ^ Paulsen, W. (June 2018). "Tetration for complex bases". Advances in Computational Mathematics. 45: 243–267. doi:10.1007/s10444-018-9615-7. S2CID  67866004.
  20. ^ a b Corless, R. M.; Gonnet, G. H.; Hare, D. E. G.; Jeffrey, D. J.; Knuth, D. E. (1996). "On the Lambert W function" (PostScript ). Advances in Computational Mathematics. 5: 333. arXiv:1809.07369. doi:10.1007/BF02124750. S2CID  29028411.
  21. ^ Krishnam, R. (2004), "Efficient Self-Organization Of Large Wireless Sensor Networks " - Dissertation, BOSTON UNIVERSITY, COLLEGE OF ENGINEERING. pp. 37–40
  22. ^ a b Marshall, Ash J., and Tan, Yiren, "A rational number of the form aa ile a irrational", Mathematical Gazette 96, March 2012, pp. 106–109.

daha fazla okuma