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− | '''チェーン表記''' ( |
+ | '''チェーン表記''' (Chained arrow notation) は、{{wja|ジョン・ホートン・コンウェイ}}とガイによる[[矢印表記]]の一般化である<ref name="conway">[http://www.amazon.com/The-Book-Numbers-John-Conway/dp/038797993X Conway, John Horton. (1995) Book of Numbers] [https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:gv7MebfOp6oJ:futuretg.com/FTHumanEvolutionCourse/FTFreeLearningKits/01-MA-Mathematics,%2520Economics%2520and%2520Preparation%2520for%2520University/011-MA11-UN03-10-Number%2520Theory%2520and%2520Cryptography/Additional%2520Resources/J.H.%2520Conway,%2520R.K.%2520Guy%2520-%2520The%2520Book%2520of%2520Numbers.pdf+The+Book+of+Numbers+by+J.+H.+Conway+and+R.+K.+Guy&hl=en&pid=bl&srcid=ADGEEShgWcsuShpVnS-hYtNfbwOq4TEpkeQ7YOZGVEk-omzaiEs4VKdsXFz1Su-Uh1po2QEXnmSivKhRixbQK6puTsf92WYUWuAcxyeOpXvn4JcEs-wsAJ1aF1Bk5I4JU7WCKoOUQCTL&sig=AHIEtbT5_BLlXtiF0i6dMiG6hNP8C58zKw PDF]</ref><ref>[http://www.amazon.co.jp/dp/4431707700/ J.H.コンウェイ、R.K.ガイ 『数の本』 根上生也訳、シュプリンガー・フェアラーク東京], 2001年12月</ref><ref>[http://planetmath.org/encyclopedia/ConwaysChainedArrowNotation.html Chained Arrow Notation]</ref><ref>[[wikipedia:ja:コンウェイのチェーン表記|コンウェイのチェーン表記 (Wikipedia)]]</ref>。 |
[[多変数アッカーマン関数]]はチェーン表記よりも大きい。また、[[バードの証明]]によれば、[[Jonathan Bowers]]の[[配列表記]]はチェーン表記よりも大きな値となる。 |
[[多変数アッカーマン関数]]はチェーン表記よりも大きい。また、[[バードの証明]]によれば、[[Jonathan Bowers]]の[[配列表記]]はチェーン表記よりも大きな値となる。 |
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+ | 以下の4つのルールで計算ができる。 |
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− | \(a \rightarrow b \rightarrow c = a\underbrace{\uparrow\ldots\uparrow}_cb\) ([[矢印表記]]を使用) |
+ | '''ルール1''': \(a \rightarrow b \rightarrow c = a\underbrace{\uparrow\ldots\uparrow}_cb\) ([[矢印表記]]を使用) |
− | 最後の数字が1の時は、取り除くことができる。 \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\) |
+ | '''ルール2''': 最後の数字が1の時は、取り除くことができる。 \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\) |
− | \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 \rightarrow c = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\) |
+ | '''ルール3''': \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 \rightarrow c = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\) |
− | \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (c + 1) \rightarrow (d + 1) = a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow c \rightarrow (d + 1) ) \rightarrow d\) |
+ | '''ルール4''': \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (c + 1) \rightarrow (d + 1) = a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow c \rightarrow (d + 1) ) \rightarrow d\) |
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+ | なお、ルール1を以下のルール1'に変えても同じである<ref>[[User_blog:Kyodaisuu/チェーンと矢印表記の関係|チェーンと矢印表記の関係]]</ref>。 |
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== CG 関数 == |
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− | コンウェイと |
+ | コンウェイとガイは、チェーン表記を使って \(cg(n) = \underbrace{n \rightarrow n \rightarrow \ldots \rightarrow n \rightarrow n}_n\). という関数を定義した。 |
− | この関数の増加率は、[[急 |
+ | この関数の増加率は、[[急増加関数]]で \(f_{\omega^2}(n)\) であり、[[多変数アッカーマン関数]]では A(1,0,0,n) に相当する。 |
== Peter Hurford の拡張 == |
== Peter Hurford の拡張 == |
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− | Peter Hurford は、チェーン表記に次のルールを加えることで拡張した<ref>{{cite web|first=Peter|last=Hurford|url=http://www.greatplay.net/essays/large-numbers-part-ii-graham-and-conway|title=Large Numbers, Part 2: Graham and Conway| |
+ | Peter Hurford は、チェーン表記に次のルールを加えることで拡張した'''拡張チェーン表記'''を考案した<ref>{{cite web|first=Peter|last=Hurford|url=http://www.greatplay.net/essays/large-numbers-part-ii-graham-and-conway|title=Large Numbers, Part 2: Graham and Conway|archiveurl=https://archive.today/rEzX6|archivedate=2013-06-25|deadurl=yes|accessdate=2015-03-28}}</ref>。 |
− | \(a \rightarrow_c b = \underbrace{a \rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}\ldots\rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}a}_{b \rightarrow_{c-1} |
+ | \(a \rightarrow_c b = \underbrace{a \rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}\ldots\rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}a}_{b個の \rightarrow_{c-1}}\) |
⚫ | 他のチェーンの規則は、そのままであり、→の下についている数字を無視して計算できる。したがって、 \(3 \rightarrow_{2} 3 \rightarrow 3\) のような表記はできない。つまり、矢印のタイプ(→の下についている数字)は、1通りでなければならない。さらに、Hurford は \(f(n) = n \rightarrow_n n\) が[[急増加関数]]で \(f_{\omega^3}(n)\) 程度であることを示した<ref>{{cite web|first=Peter|last=Hurford|url=http://www.greatplay.net/essays/large-numbers-part-3-functions-and-ordinals|title=Large Numbers, Part 3: Functions and Ordinals|accessdate=2013-04-02}}</ref>。 |
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− | より正確にはこのようになる。 |
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さらに、彼は C(n) 関数を次のように定義した。 |
さらに、彼は C(n) 関数を次のように定義した。 |
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\(C(a,b,c) = C(a,C(a,b-1,c),c-1)\) |
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− | \(f(n) = C(n,n,n)\) 関数は、急 |
+ | \(f(n) = C(n,n,n)\) 関数は、急増加関数で \(f_{\omega^3 + \omega}(n)\) 程度の増加速度となる。 |
== プログラム == |
== プログラム == |
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− | チェーン表記の計算を実行するプログラムが書かれている<ref>[http://cflat-inc.hatenablog.com/entry/2013/11/11/214650 全宇宙の素粒子の数を超えて…C++で巨大数に挑戦!] (株式会社CFlatの明後日スタイルのブログ)</ref><ref>[https://github.com/aycabta/chained-arrow-notation]</ref>。 |
+ | チェーン表記の計算を実行するプログラムが書かれている<ref>[http://cflat-inc.hatenablog.com/entry/2013/11/11/214650 全宇宙の素粒子の数を超えて…C++で巨大数に挑戦!] (株式会社CFlatの明後日スタイルのブログ)</ref><ref>aycabta, [https://github.com/aycabta/chained-arrow-notation chained arrow notation], github.</ref>。 |
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+ | == 計算例 == |
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+ | \(2 \rightarrow 3 \rightarrow 3 = 2^{2^{2^2}} = 2^{16} = 65536 \) |
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+ | \(3 \rightarrow 2 \rightarrow 3 = 3^{3^3} = 3^{27} = 7625597484987 \) |
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+ | \(4 \rightarrow 3 \rightarrow 2 = 4^{4^4} = 4^{256} = 13407807929942597099574024998205846127479365820592393377723561443721764030073546976801874298166903427690031858186486050853753882811946569946433649006084096 \) |
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+ | コンウェイは[[グラハム数]] が 3→3→64→2 と 3→3→65→2 の間の大きさであり、したがって 3→3→3→3 よりも小さいとした<ref name="conway" />。そのことは、次のように確かめられる<ref>フィッシュ (2017) [https://gyafun.jp/ln/ 巨大数論 第2版] p.79</ref>。g(x) = 3↑<sup>x</sup>3 = 3→3→x とすると グラハム数 = g<sup>64</sup>(4) であり、 |
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+ | * 3→3→1→2 = 3→3→1 = g(1) = 27 |
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+ | * 3→3→2→2 = 3→3→(3→3→1→2)→1 = 3→3→(3→3→1) = g(g(1)) = g<sup>2</sup>(1) = 3→3→27 = g(27) |
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+ | * 3→3→3→2 = 3→3→(3→3→2→2) = g<sup>3</sup>(1) = g<sup>2</sup>(27) |
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+ | * 3→3→n→2 = g<sup>n</sup>(1) = g<sup>n-1</sup>(27) |
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+ | * 3→3→64→2 = g<sup>64</sup>(1) < g<sup>64</sup>(4) = グラハム数 |
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+ | * 3→3→65→2 = g<sup>64</sup>(27) > g<sup>64</sup>(4) = グラハム数 |
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+ | * 3→3→3→3 = 3→3→(3→3→2→3)→2 > 3→3→65→2 > グラハム数 |
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+ | この近似を使うと、[[モーザー数]] \(\approx g(10\uparrow\uparrow257) < g(g(3))\) であるため、このようになる。 |
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+ | * 3→3→2→2 < モーザー数 < 3→3→3→2 |
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+ | [[多変数アッカーマン関数]]との間には次の関係がある<ref>[http://gyafun.jp/ln/ackchain.html アッカーマンチェーン定理]</ref>。 |
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+ | \(x=1, y>1\) または \(x>1, y+z>0\) のとき |
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+ | \[A(x,y,z) < \underbrace{3 \rightarrow3 \rightarrow \cdots \rightarrow 3}_{x+1個の3} \rightarrow z+2 \rightarrow y+1 < A(x,y,z+1)\] |
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+ | ワイナー階層を基本列とする順序数による[[急増加関数]]では、次のように近似できる。 |
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+ | *\(3 \rightarrow 3 \rightarrow n \sim f_\omega (n) \) |
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+ | 3. 出典: [http://www.nicovideo.jp/watch/sm25432965 チェーン表記・III] |
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+ | *[http://www.nicovideo.jp/mylist/59089039 ゆっくり巨大数講座] (ニコニコ動画) より |
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2021年7月3日 (土) 11:00時点における版
チェーン表記 | |
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型 | 多次元 |
基本関数 | ハイパー演算子 |
急増加関数 | \(f_{\omega^2}(n)\) |
チェーン表記 (Chained arrow notation) は、ジョン・ホートン・コンウェイとガイによる矢印表記の一般化である[1][2][3][4]。 多変数アッカーマン関数はチェーン表記よりも大きい。また、バードの証明によれば、Jonathan Bowersの配列表記はチェーン表記よりも大きな値となる。
定義
以下の4つのルールで計算ができる。
ルール1: \(a \rightarrow b \rightarrow c = a\underbrace{\uparrow\ldots\uparrow}_cb\) (矢印表記を使用)
ルール2: 最後の数字が1の時は、取り除くことができる。 \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\)
ルール3: \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow 1 \rightarrow c = a \rightarrow\ldots\rightarrow b\)
ルール4: \(a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (c + 1) \rightarrow (d + 1) = a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow (a \rightarrow\ldots\rightarrow b \rightarrow c \rightarrow (d + 1) ) \rightarrow d\)
なお、ルール1を以下のルール1'に変えても同じである[5]。
ルール1': \(a \rightarrow b = a^b\)
CG 関数
コンウェイとガイは、チェーン表記を使って \(cg(n) = \underbrace{n \rightarrow n \rightarrow \ldots \rightarrow n \rightarrow n}_n\). という関数を定義した。
この関数の増加率は、急増加関数で \(f_{\omega^2}(n)\) であり、多変数アッカーマン関数では A(1,0,0,n) に相当する。
Peter Hurford の拡張
Peter Hurford は、チェーン表記に次のルールを加えることで拡張した拡張チェーン表記を考案した[6]。
\(a \rightarrow_c b = \underbrace{a \rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}\ldots\rightarrow_{c-1} a \rightarrow_{c-1}a}_{b個の \rightarrow_{c-1}}\)
他のチェーンの規則は、そのままであり、→の下についている数字を無視して計算できる。したがって、 \(3 \rightarrow_{2} 3 \rightarrow 3\) のような表記はできない。つまり、矢印のタイプ(→の下についている数字)は、1通りでなければならない。さらに、Hurford は \(f(n) = n \rightarrow_n n\) が急増加関数で \(f_{\omega^3}(n)\) 程度であることを示した[7]。
さらに、彼は C(n) 関数を次のように定義した。
\(C(a) = a \rightarrow_a a\)
\(C(a,1) = a \rightarrow_{C(a)} a\)
\(C(a,b) = a \rightarrow_{C(a,b-1)} a\)
\(C(a,1,1) = C(a,C(a,a))\)
\(C(a,b,1) = C(a,C(a,b-1,1))\)
\(C(a,1,c) = C(a,C(a,a,c-1),c-1)\)
\(C(a,b,c) = C(a,C(a,b-1,c),c-1)\)
\(f(n) = C(n,n,n)\) 関数は、急増加関数で \(f_{\omega^3 + \omega}(n)\) 程度の増加速度となる。
プログラム
チェーン表記の計算を実行するプログラムが書かれている[8][9]。
計算例
\(2 \rightarrow 3 \rightarrow 3 = 2^{2^{2^2}} = 2^{16} = 65536 \)
\(3 \rightarrow 2 \rightarrow 3 = 3^{3^3} = 3^{27} = 7625597484987 \)
\(4 \rightarrow 3 \rightarrow 2 = 4^{4^4} = 4^{256} = 13407807929942597099574024998205846127479365820592393377723561443721764030073546976801874298166903427690031858186486050853753882811946569946433649006084096 \)
近似
コンウェイはグラハム数 が 3→3→64→2 と 3→3→65→2 の間の大きさであり、したがって 3→3→3→3 よりも小さいとした[1]。そのことは、次のように確かめられる[10]。g(x) = 3↑x3 = 3→3→x とすると グラハム数 = g64(4) であり、
- 3→3→1→2 = 3→3→1 = g(1) = 27
- 3→3→2→2 = 3→3→(3→3→1→2)→1 = 3→3→(3→3→1) = g(g(1)) = g2(1) = 3→3→27 = g(27)
- 3→3→3→2 = 3→3→(3→3→2→2) = g3(1) = g2(27)
- 3→3→n→2 = gn(1) = gn-1(27)
- 3→3→64→2 = g64(1) < g64(4) = グラハム数
- 3→3→65→2 = g64(27) > g64(4) = グラハム数
- 3→3→3→3 = 3→3→(3→3→2→3)→2 > 3→3→65→2 > グラハム数
この近似を使うと、モーザー数 \(\approx g(10\uparrow\uparrow257) < g(g(3))\) であるため、このようになる。
- 3→3→2→2 < モーザー数 < 3→3→3→2
多変数アッカーマン関数との間には次の関係がある[11]。
\(x=1, y>1\) または \(x>1, y+z>0\) のとき
\[A(x,y,z) < \underbrace{3 \rightarrow3 \rightarrow \cdots \rightarrow 3}_{x+1個の3} \rightarrow z+2 \rightarrow y+1 < A(x,y,z+1)\]
ワイナー階層を基本列とする順序数による急増加関数では、次のように近似できる。
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow n \sim f_\omega (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 1) \sim f_\omega (27) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 2) \sim f^2_\omega (27) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2) \sim f^3_\omega (27) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 2 \sim f_{\omega +1} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 3 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 1) \rightarrow 2 \sim f_{\omega +1} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 3) \rightarrow 2 \sim f^2_{\omega +1} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 3 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3) \rightarrow 2 \sim f^3_{\omega +1} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 3 \sim f_{\omega +2} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 4 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 1) \rightarrow 3 \sim f_{\omega +2} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 4 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 4) \rightarrow 3 \sim f^2_{\omega +2} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 4 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 4) \rightarrow 3 \sim f^3_{\omega +2} (26) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 4 \sim f_{\omega +3} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 5 \sim f_{\omega +4} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 6 \sim f_{\omega +5} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \sim f_{\omega \times 2} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3) \sim f_{\omega \times 2} (f_4 (3)) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2 \rightarrow 2) \sim f^2_{\omega \times 2} (f_4 (3)) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 2 = 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 2) \sim f^3_{\omega \times 2} (f_4 (3)) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 2 \sim f_{\omega \times 2 +1} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 3 \sim f_{\omega \times 2 +2} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 4 \sim f_{\omega \times 2 +3} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \sim f_{\omega \times 3} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 2 \sim f_{\omega \times 3 +1} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 3 \sim f_{\omega \times 3 +2} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \rightarrow 4 \sim f_{\omega \times 3 +3} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \sim f_{\omega \times 4} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \sim f_{\omega \times 5} (n) \)
- \(3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow 3 \rightarrow (n+1) \sim f_{\omega \times 6} (n) \)
- \(\underbrace{3 \rightarrow 3 \rightarrow \ldots \rightarrow 3 \rightarrow 3}_{n+2} \sim f_{\omega^2}(n)\)
動画
- 巨大数動画シリーズ (ニコニコ動画) より
1. 出典: チェーン表記・Ⅰ
2. 出典: チェーン表記・II
3. 出典: チェーン表記・III
- ゆっくり巨大数講座 (ニコニコ動画) より
出典
- ↑ 1.0 1.1 Conway, John Horton. (1995) Book of Numbers PDF
- ↑ J.H.コンウェイ、R.K.ガイ 『数の本』 根上生也訳、シュプリンガー・フェアラーク東京, 2001年12月
- ↑ Chained Arrow Notation
- ↑ コンウェイのチェーン表記 (Wikipedia)
- ↑ チェーンと矢印表記の関係
- ↑ Hurford, Peter. Large Numbers, Part 2: Graham and Conway. Retrieved 2015-03-28.
- ↑ Hurford, Peter. Large Numbers, Part 3: Functions and Ordinals. Retrieved 2013-04-02.
- ↑ 全宇宙の素粒子の数を超えて…C++で巨大数に挑戦! (株式会社CFlatの明後日スタイルのブログ)
- ↑ aycabta, chained arrow notation, github.
- ↑ フィッシュ (2017) 巨大数論 第2版 p.79
- ↑ アッカーマンチェーン定理