问题

3!=3×2×1,3!!=6!=6×5×4×3×2×1,那么3后面加64个叹号是否比葛立恒数大?

回答
朋友,这个问题很有意思!咱们就来聊聊这3后面加64个叹号,到底能不能跟那个大名鼎鼎的葛立恒数比一比。

首先,得说说这两个“数字”是怎么来的。

“3”后面加64个叹号(记作3!!!!!!!!……!,共64个叹号)

这个符号其实是“超级阶乘”的一种变体。咱们先从简单的说起:

阶乘(n!):就是从1乘到n,比如3! = 3 × 2 × 1 = 6。
双阶乘(n!!):
如果n是奇数,就乘所有小于等于n的奇数:3!! = 3 × 1 = 3。
如果n是偶数,就乘所有小于等于n的偶数:4!! = 4 × 2 = 8。

你提到的3!! = 6! 这个地方,有点小误会。3!! = 3 × 1 = 3,而6! = 6 × 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 720。所以3!! 并不等于6!。

不过,你说的“3后面加64个叹号”,这是一种更复杂的“迭代阶乘”的写法。通常,我们称之为超级阶乘(Superfactorial),记作Sf(n) 或 n$。它的定义是:

Sf(n) = 1! × 2! × 3! × ... × n!

所以,3$ = 1! × 2! × 3! = 1 × 2 × 6 = 12。

而你说的“3后面加64个叹号”,如果理解成超超阶乘(Hyperfactorial)(记作H(n) 或 n$&x20),它的定义是:

H(n) = 1¹ × 2² × 3³ × ... × nⁿ

那么3&x20 = 1¹ × 2² × 3³ = 1 × 4 × 27 = 108。

但你描述的“3后面加64个叹号”更像是某种递归的、层层叠叠的运算。 我们可以这样理解:

记 n$¹ = n!
记 n$² = n!$¹ = (n!)!
记 n$³ = n!$² = ((n!)!)!

记 n$⁶⁴ = n$⁶³ 的阶乘

如果按照这个定义,那么“3后面加64个叹号”可以看作是 3$⁶⁴。

让我们来计算一下:
3$¹ = 3! = 6
3$² = 6! = 720
3$³ = 720!

你看,从3$³ 开始,数字就已经变得非常非常大了。720! 是一个天文数字,即使是“99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999`

葛立恒数 (Graham's Number)

葛立恒数,这是数学中一个非常有名的、非常非常巨大的数,它出现在 Ramsey 理论的一个问题上。它的出现,甚至把我们日常理解的“大”这个概念都推向了极限。

葛立恒数的定义非常复杂,它不像阶乘那样是简单的乘法或幂运算,而是通过一种叫做高德纳箭号表示法(Knuth's Uparrow Notation)来定义的,而且这个定义是层层迭代的。

简单来说,高德纳箭号表示法是这样工作的:

a ↑ b = aᵇ (普通幂运算)
a ↑↑ b = a ↑ (a ↑ (... ↑ a)...) (b个a相乘,注意是b个a,写成a↑↑b,就是a个a相乘,a↑↑b = a↑(a↑(a...↑a)),b个a)
例如:3 ↑↑ 3 = 3 ↑ (3 ↑ 3) = 3 ↑ 3³ = 3 ↑ 27 = 3²⁷,这个数已经很大了。
a ↑↑↑ b = a ↑↑ (a ↑↑ (... ↑↑ a)...) (b个a进行 ↑↑ 运算)
例如:3 ↑↑↑ 3 = 3 ↑↑ (3 ↑↑ 3) = 3 ↑↑ (3²⁷)。这个数就大到无法想象了。
以此类推,a ↑ᵏ b 的运算也是如此,k个箭头代表迭代k次。

葛立恒数的定义

葛立恒数是这样构建的:

1. 第一步:定义一个数字 g₁。
g₁ = 3 ↑↑↑↑ 3 (是的,四个箭头!)
3 ↑↑↑↑ 3 这个数字有多大?我们先来看 3 ↑↑↑ 3 = 3 ↑↑ (3²⁷)。3²⁷ 是一个非常大的数,大约是 7.6 万亿。所以 3 ↑↑↑ 3 的意思是 3 叠乘( tetration) 3²⁷ 次。这种运算增长得非常快。而 3 ↑↑↑↑ 3 是在 3 ↑↑↑ 3 的基础上再增加一个箭头,运算的增长速度会爆炸式地加快。

2. 第二步:定义 g₂。
g₂ = 3 ↑^(g₁) 3
这里的 ↑^(g₁) 表示有 g₁ 个箭头。想象一下,我们已经用 4 个箭头构造了一个巨大的数字 g₁,现在我们用这个巨大的数字 g₁ 来作为箭头数量,来构造下一个数字。

3. 第三步:定义 g₃。
g₃ = 3 ↑^(g₂) 3

4. 重复这个过程:一直重复这个定义过程,直到我们得到 g₆₄。

5. 最终:葛立恒数就是 g₆₄。

那么,3后面加64个叹号能比葛立恒数大吗?

咱们来比较一下:

3后面加64个叹号(假设是 3$⁶⁴,即 3! 的阶乘,迭代64次)
3$¹ = 6
3$² = 6! = 720
3$³ = 720!
3$⁴ = (720!)!

3$⁶⁴ = (((((3!)!)!)!...)!)! (64次阶乘)

葛立恒数 (g₆₄)
g₁ = 3 ↑↑↑↑ 3
g₂ = 3 ↑^(g₁) 3

g₆₄ = 3 ↑^(g₆₃) 3

结论:葛立恒数比3后面加64个叹号(按照我们上面理解的迭代阶乘方式)要大得多,大到我们几乎无法想象。

为什么?

1. 增长速度的差异:
迭代阶乘(n$ᵏ)的增长速度虽然非常快,但它本质上是通过不断对数字进行阶乘运算。阶乘运算(n!)是将数字乘以所有小于它的正整数。
高德纳箭号表示法,特别是当箭头数量增加时,增长速度是呈指数级、指数的指数级,甚至更高次幂的指数级增长。
葛立恒数的核心在于 g₂ = 3 ↑^(g₁) 3。这里 g₁ 的大小已经难以描述,而我们用 g₁ 个箭头来连接 3 和 3。这是一种 “迭代的迭代”。简单来说,就是“你有一个非常非常大的数字,现在你用这个数字来决定你执行一种非常非常快的增长运算多少次”。

2. 基础的差异:
3$⁶⁴ 的基础运算是阶乘。
葛立恒数的基础运算是高德纳箭头,特别是其高阶形式(如 ↑↑↑↑),其增长速度远超阶乘。
更关键的是,葛立恒数的定义是通过 g₁ = 3 ↑↑↑↑ 3 这样极快的增长函数作为 参数 来定义下一个函数,这种 “以巨大的数来控制增长次数” 的方式,使得它的增长速度远远超过了简单地重复进行某一种运算(如阶乘)。

举个例子来感受一下:

我们知道 100! 是一个很大的数。
我们知道 100!! 也会比 100! 大很多。
我们知道 100 ↑↑ 3 = 100 ↑ (100 ↑ 100) = 100 ¹⁰⁰¹⁰⁰,这个数已经比你想象的任何大数都要大很多了。
葛立恒数的第一步 g₁ = 3 ↑↑↑↑ 3,仅仅是这个数字,就比上面提到的 100 ↑↑ 3 要大得多得多。然后,葛立恒数是用这个 g₁ 来定义 g₂,再用 g₂ 定义 g₃,如此循环64次!

所以,如果你理解的“3后面加64个叹号”是指 3$⁶⁴(即 64 次迭代阶乘),那么它与葛立恒数相比,简直就像一粒沙子与整个宇宙的量相比。葛立恒数要比它大无数倍,是一种我们根本无法用语言或数字来描述的巨大。

虽然你对3!!=6!的理解可能有些小偏差,但你提出的关于“3后面加64个叹号”与葛立恒数大小的比较,确实触及到了数学中关于“大数”的极限探索,非常有趣!

网友意见

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双阶乘是一个数学概念,用n!!表示。正整数的双阶乘表示不超过这个正整数且与它有相同奇偶性的所有正整数乘积。前6个正整数的双阶乘分别为:1!!=1,2!!=2,3!!=3,4!!=8,5!!=15和6!!=48。[1]

参考

  1. ^1 https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%8C%E9%98%B6%E4%B9%98

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