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幂塔的奥秘

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1#
老陈 发表于 2020-6-10 01:06:25 来自手机 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 老陈 于 2020-6-9 11:10 编辑

教孩子加法时,2+3,会先伸出两个手指头,然后依次再伸出一个,两个,三个,嘴里说着1,2,3。表示在2后面加上了3,然后数一数总共的手指头数,是5个,所以2+3=5。

这其中包含深意。我们认定加法是数数的下一级运算。数数的本质是+1。因此,+3就是+1做3次。

把数数(+1)作为第0层运算:1,2,3,4....
第一层,加法,就是重复的数数:2+3就是2上面进行3次+1
第二次,乘法,就是重复的相加:2×3就是2+2+2
第三层,幂杨幂的幂,就是重复的乘法:2^3就是2×2×2
一般我们就学到此为止了。但是,还有第四层,叫做幂塔,还是杨幂的幂
幂塔,tetration,就是重复的幂,比如,2的3次幂塔,就是2^2^2。

注意,幂塔的运算,是从右上(小字)计算到左下(大字)。顺序不能错,否则结果会不一样。
对于2^2^2,恰好一样,无论怎么算都是16,这是例外。
但对于2^2^2^2,错误算法会得出256,而正确算法是65536,或者2的16次方。

2的5次幂塔,2^2^2^2^2,就是2^65536,已经是19000多位的一个数,任何计算机都无法直接存储。2的6次幂塔,连位数都不可描述,如果把它写下来,就算每页能写1000个数字,也要用尽宇宙所有原子电子中微子光子,形成一个黑洞
可见幂塔的扩张速度是惊人的。

但幂塔不总是急速夸张的。比如底为1.1的幂塔。
1.1的2次幂塔 = 1.1^1.1 = 1.110534241
3次幂塔 = 1.1^1.110534241 = 1.1116498
...
到第6次幂塔的时候,结果是1.111782011
再往上升,会发现1.1^1.111782011 = 1.111782011,不变。
也就是说,1.1的幂塔是收敛的。

现在我们知道底为1.1的幂塔是收敛的,而2的幂塔是发散的。那么,从收敛到发散有没有一个临界值?如何计算出来?

注:此帖源自微信朋友圈(Howard)。
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2#
 楼主| 老陈 发表于 2020-6-10 05:55:20 来自手机 | 只看该作者
当幂塔底数小于1时也能收敛,但太小了就不收敛了。
因此,也有一个收敛下限。
3#
notch 发表于 2020-6-10 09:54:35 | 只看该作者
本帖最后由 notch 于 2020-6-10 09:59 编辑

用excel简单的计算了一下
底数在比较小的时候(<0.07?),会收敛成两个值,这个算收敛吗?

上限在1.444附近
列式的话,可以令X^X^X^X...^X=A, 如果A是个收敛值,那么X^A=A
两边取对数,那么AlnX=lnA,X = e ^ (ln(A)/A),显然X是随ln(A)/A单调变化的
当A=e的时候,ln(A)/A有最大值,这个时候可以求得X最大值=1.444668
4#
notch 发表于 2020-6-10 10:11:37 | 只看该作者
另外底数和指数是可以取负数的,当底数是-1的时候是收敛的
不过其他负值估计幂塔在实数范围内不成立
从底数大小上来说,-1是最小值,但估计不符题意
5#
 楼主| 老陈 发表于 2020-6-10 13:18:27 来自手机 | 只看该作者
notch 发表于 2020-6-9 19:54
用excel简单的计算了一下
底数在比较小的时候(

1、两个值就不算收敛。
2、负数时只有整数才有意义,不予考虑。
6#
notch 发表于 2020-6-10 15:46:19 | 只看该作者
老陈 发表于 2020-6-10 13:18
1、两个值就不算收敛。
2、负数时只有整数才有意义,不予考虑。

下限的A应该是1/e,0.3678,对应的X在0.065988


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