Després d'això, la successió continua amb altres operacions binàries que s'estenen més enllà de la potenciació, utilitzant l'associativitat d'operadors. Per a les operacions més enllà de la potenciació, el n-èssim membre d'aquesta successió rep el nom creat per Reuben Goodstein, a partir del prefix grec de n i afegint el sufix-ció (com per exemple, tetració (n = 4), pentació (n = 5), hexació (n = 6), etc.).[5]
Es pot entendre recursivament cada hiperoperació en termes de l'anterior per:
També es pot definir segons la regla de recursivitat de la definició en la versió de fletxa de Knuth de la funció d'Ackermann:
o
Es pot utilitzar per mostrar fàcilment nombres molt més grans dels que es poden representar amb una notació científica (com ara el nombre de Skewes i el googolplex). Per exemple, és molt més gran que el nombre de Skewes i el googolplex. Però hi ha alguns números que fins i tot no es poden mostrar fàcilment, com ara el número de Graham i TREE(3).
Aquesta regla de recursió és comuna a moltes variants d'hiperoperacions.
Les operacions H per a n ≥ 3 també es poden escriure amb la notació de Knuth com
Quina serà la propera operació després de la potenciació? S'ha definit la multiplicació de manera que i la potenciació de manera que pel que sembla lògic definir la següent operació, la tetració, de manera que amb una «torre» de tres «a». Anàlogament, la pentació de (a, 3) serà la tetració (a, tetració (a, a)), amb tres «a» en ella.
La notació de Knuth es pot estendre a índexs negatius≥ −2 de manera que estigui d'acord amb tota la successió d'hiperoperació, tret del retard de la indexació:
Així, les hiperoperacions es poden veure com una resposta a la pregunta «què hi ha a continuació» de la successió: successor, addició, multiplicació, potenciació, etc. Anotant això
es mostra la relació entre les operacions aritmètiques bàsiques que permeten definir les operacions superiors de manera natural com anterior. De vegades es fa referència als paràmetres de la jerarquia de la hiperoperació amb el seu terme de potenciació anàloga;[14] així a és la base, b és l'exponent (o hiperexponent),[12] i n és el rang (o grau) i, a més,[6] es llegeix com «b-a n-ció d'a», per exemple. es llegeix com la «9a tetració de 7», i es llegeix com la «789a 123-ació de 456».
En termes senzills, les hiperoperacions són formes de compondre els números que augmenten amb el seu creixement a partir de la iteració de la hiperoperació anterior. Els conceptes de successor, addició, multiplicació i potenciació són hiperoperacions; l'operació successora (produint x+1 a partir de x) és la més primitiva, l'operador d'addició especifica el nombre de vegades que s'ha d'afegir 1 per produir un valor final, la multiplicació especifica el nombre de vegades que un nombre s'ha se sumar a si mateix, i la potenciació es refereix al nombre de vegades que un nombre s'ha de multiplicar per si mateix.
Una de les primeres discussions sobre hiperoperacions va ser la d'Albert Bennett el 1914,[6] que va desenvolupar una mica la teoria de les hiperoperacions commutatives (vegeu més avall). Uns dotze anys després, Wilhelm Ackermann va definir la funció que s'assembla una mica a la successió d'hiperoperació.
En el seu treball de 1947,[5]Reuben L. Goodstein va introduir la seqüència específica d'operacions que actualment s'anomenen «hiperoperacions», i també va suggerir els noms amb sufixes grecs (tetració, pentació, etc.), per a les operacions esteses més enllà de la potenciació (perquè corresponen als índexs 4, 5, etc. .). Com a funció de tres arguments, per exemple, , la successió d'hiperoperació en el seu conjunt és una versió de la funció original d'Ackermann (recursiva, però no recursiva primitiva) modificada per Goodstein per incorporar la funció successor primitiva juntament amb les altres tres operacions bàsiques de l'aritmètica (addició, multiplicació, potenciació) i per fer una extensió més perfecta d'aquestes més enllà de la potenciació.
La funció original de tres arguments d'Ackermann utilitza la mateixa regla de recursió que la versió de Goodstein (és a dir, la seqüència d'hiperoperació), però es diferencia d'ella de dues maneres. Primer, defineix una successió d'operacions a partir de l'addició (n = 0) en lloc de la funció successora, després la multiplicació (n = 1), la potenciació (n = 2), etc. En segon lloc, les condicions inicials per a es transforma en , diferenciant-se així de les hiperoperacions més enllà de la potenciació.[7][15][16] La importància de b + 1 a l'expressió anterior és que = , on b compta el nombre d'operants (exponents), en comptes de comptar el nombre d'operadors (a) com ho fa amb la b en (o ) i així successivament per a les operacions de nivell superior. (Vegeu l'article de la funció d'Ackermann per obtenir més detalls).
El 1928, Wilhelm Ackermann va definir una funció de tres arguments que progressivament va evolucionar cap a una funció de dos arguments coneguda com a funció d'Ackermann. La funció original d'Ackermann s'assemblava menys a les hiperoperacions modernes, ja que comencen les seves condicions inicials per a tots n> 2. També va assignar l'addició a n = 0, la multiplicació a n = 1 i la potenciació a n = 2, de manera que les condicions inicials produeixen operacions molt diferents per a la tetració i més enllà.
n
Operació
Comentari
0
1
2
3
Una forma compensada de tetració. La iteració d'aquesta operació és diferent de la iteració de la tetració.
El 1984, C. W. Clenshaw i F. W. J. Olver van iniciar la discussió sobre l'ús d'hiperoperacions per evitar desbordaments de comes flotants als ordinadors.[25] Des d'aleshores, molts altres autors han renovat l'interès per l'aplicació d'hiperoperacions a la representació en coma flotant.[26][27][28] (com que Hn(a, b) estan definits per a b = -1). Mentre es discuteix la tetració, Clenshaw et al. va assumir la condició inicial , que converteix en una altra jerarquia d'hiperoperació. Igual que en la variant anterior, la quarta operació és molt similar a la tetració, però es compensa per una.
n
Operació
Comentari
0
1
2
3
4
Una forma compensada de tetració. La iteració d'aquesta operació és diferent de la iteració de la tetració..
Una alternativa per a aquestes hiperoperacions s'obté mitjançant l'avaluació d'esquerra a dreta. A partir de
es defineix (amb ° o subíndex)
amb
Donner i Tarski es van estendre als nombres ordinals,[23][Definició 1] per :
Es deriva de la definició 1 (i), el corol·lari 2 (ii) i el teorema 9, que, per a ≥ 2 i b ≥ 1, s'obté
Però això pateix una espècie de col·lapse, al no poder formar la «torre d'exponents» tradicionalment esperada pels hiperoperadors:[23][Teorema 3(iii)][nb 5]
Albert Bennett va tenir en compte les hiperoperacions commutatives ja des del 1914,[6] que possiblement va ser el primer comentari sobre qualsevol successió d'hiperoperació. Les hiperoperacions commutatives estan definides per la regla de la recursió
que és simètrica en a i b, és a dir, totes les hiperoperacions són commutatives. Aquesta seqüència no conté la potenciació, per tant no forma una jerarquia d'hiperoperació.
↑Han existit successions semblants a la successió d'hiperoperació, com la funció d'Ackermann[1] (3-argument), la jerarquia d'Ackermann,[2] la jerarquia de Grzegorczyk[3][4] (que és més general), la versió de Goodstein de la funció d'Ackermann,[5]operació de n-èsim grau,[6]potenciació de z-plec de x amb y,[7]operacions amb fletxes,[8]reihenalgebra[9] i hiper-n.[1][9][10][11][12]
↑ 2,02,12,22,3Sigui x = a[n](−1). Per a la fórmula de recursivitat, a[n]0 = a[n − 1](a[n](−1)) ⇒ 1 = a[n − 1]x. Una solució és x = 0, ja que tenim a[n − 1]0 = 1 per definició quan n ≥ 4. Aquesta solució és única perquè a[n − 1]b > 1 per a tot a > 1, b > 0 (prova mitjançant recursivitat).
↑Friedman, Harvey M. «Long Finite Sequences» (en anglès). Journal of Combinatorial Theory, Series A, 95(1), 7-2001, pàg. 102–144. DOI: 10.1006/jcta.2000.3154.
↑Lameiras Campagnola, Manuel; Moore, Cris; Costa, José Félix «Transfinite Ordinals in Recursive Number Theory» (en anglès). Journal of Complexity, 18(4), 12-2002, pàg. 977–1000. DOI: 10.1006/jcom.2002.0655.
↑Wirz, Marc «Characterizing the Grzegorczyk hierarchy by safe recursion» (en anglès). CiteSeer, 1999.
↑ 5,05,15,25,3Goodstein, R. L «Transfinite Ordinals in Recursive Number Theory» (en anglès). Journal of Symbolic Logic, 12(4), 12-1947, pàg. 123–129. DOI: 10.2307/2266486. JSTOR: 2266486.
↑ 6,06,16,26,3Bennett, Albert A. «Note on an Operation of the Third Grade» (en anglès). Annals of Mathematics, 17(2), 12-1915, pàg. 74–75. DOI: 10.2307/2007124. JSTOR: 2007124.
↑ 7,07,1Black, Paul E. «Ackermann's function» (en anglès). Dictionary of Algorithms and Data Structures (U.S. National Institute of Standards and Technology - NIST), 16-03-2009.
↑Zwillinger, Daniel. CRC standard mathematical tables and formulae (en anglès). CRC Press, 2002, p. 4. ISBN 1-58488-291-3.
↑Weisstein, Eric W. CRC concise encyclopedia of mathematics (en anglès). CRC Press, 2003, p. 127–128. ISBN 1-58488-347-2.
↑Nambiar, K. K «Ackermann Functions and Transfinite Ordinals» (en anglès). Applied Mathematics Letters, 8(6), 1995, pàg. 51–53. DOI: 10.1016/0893-9659(95)00084-4.
↑Pinkiewicz, T; Holmes, N; Jamil, T. «Design of a composite arithmetic unit for rational numbers». A: Proceedings of the IEEE Southeast Con 2000. 'Preparing for the New Millennium' (Cat. No.00CH37105) (en anglès). Proceedings of the IEEE, 2000, p. 245–252. DOI10.1109/SECON.2000.845571. ISBN 0-7803-6312-4.