diumenge, 21 de juny de 2009

Números grandes (y 2)

En la anterior entrada habíamos visto el googolplex, 1010100, un uno seguido de un googol de ceros. El gogolplex es un número inimaginablemente grande, pero aún es posible expresarlo en notación de potencias. Ocasionalmente en matemáticas aparecen números mucho más grandes que el gogolplex, tan grandes que no se pueden expresar en notación científica, y que requieren una notación especial.

De todas las notaciones existentes para números grandes, mi preferida es la notación de la flecha de Donald Knuth. La notación consiste en lo siguiente:
  • La multiplicación se puede considerar la iteración de la suma: a * b = a + a + ... + a (b veces).
  • La exponenciación se puede considerar la iteración de la multiplicación: ab = a ↑ b = a * a * ... * a (b veces).
  • La exponenciación iterada o tetración (o símplemente "doble flecha") es la iteración de la exponenciación: a b = a a ... a (b veces).
Veamos dos ejemplo: 2 ↑↑ 4 = 2 ↑ 2 ↑ 2 ↑ 2 = 2222 = 216 = 65 536; 3 ↑↑ 3 = 3 ↑ 3 ↑ 3 =333 = 327 = 7 625 597 484 987. La notación de exponenciación iterada permite construir rápidamente números grandes, pero aún es posible ir mucho más allá.
  • La "triple flecha" es la iteración de la exponenciación iterada: a b = a a ... a (b veces).
  • La "cuádruple flecha" es la iteración de la "triple flecha": a b = a a ... a (b veces).
  • ...
Por ejemplo, 3 ↑↑↑ 3 = 3 ↑↑ 3 ↑↑ 3 = 3 ↑↑ ( 3 ↑ 3 ↑ 3 ) = 3 ↑ 3 ↑ ... ↑ 3 (7 625 597 484 987 veces). Como vemos, este número ya es incomprensiblemente grande.

Sin embargo, aún podemos necesitar números muchísimo más grandes. En general, podemos definir la "flecha n-ésima" como la iteración de la "flecha (n-1)-ésima": a n b = a n-1 a n-1 ... n-1 a (b veces).

Uno de los números más grandes que aparecen en literatura matemática seria es el número de Graham G, definido de la siguiente manera. G = g64, donde g1 = 3 ↑↑↑↑ 3, y donde gn = 3 gn-1 3.

El número de Graham es totalmente inconmensurable. Ni tan solo el número g1 puede ser escrito como un número ordinario en potencias de 10.

Y, aún y así, cuando estemos en el número de Graham estaremos tan cerca del infinito como cuando estábamos en el número 1.