Beispiele für Goodstein-Folgen

Die Goodstein-Folgen für nn=1 bis 3 sind noch recht kurz:
nn=1:
g1(1)=1g_1(1) = 1
g2(1)=0g_2(1) = 0
nn=2:
g1(2)=2g_1(2) = 2
g2(2)=a2(21)1=311=2g_2(2) = a_2(2^1) - 1 = 3^1 - 1 = 2
g3(2)=a3(2)1=21=1g_3(2) = a_3(2) - 1 = 2 - 1 = 1
g4(2)=a4(1)1=11=0g_4(2) = a_4(1)- 1 = 1 - 1 = 0
nn=3:
g1(3)=3g_1(3) = 3
g2(3)=a2(21+1)1=31+11=3g_2(3) = a_2(2^1 + 1) - 1 = 3^1 + 1 - 1 = 3
g3(3)=a3(31)1=411=3g_3(3) = a_3(3^1) - 1 = 4^1 - 1 = 3
g4(3)=a4(340)1=3501=2g_4(3) = a_4(3 \cdot 4^0) - 1 = 3 \cdot 5^0 - 1 = 2
g5(3)=a5(250)1=2601=1g_5(3) = a_5(2 \cdot 5^0) - 1 = 2 \cdot 6^0 - 1 = 1
g6(3)=a6(60)1=701=0g_6(3) = a_6(6^0) - 1 = 7^0 - 1 = 0
Man beachte, dass hier ab bb=4 die Erhöhung der Basis keine Auswirkung mehr hat, weil die Zahl dann kleiner als die Basis ist, sie ist bgzl. dieser Basis sozusagen "einstellig".
nn=4:
g1(4)=4g_1(4) = 4
g2(4)=a2(22)1=331=26g_2(4) = a_2(2^2) - 1 = 3^3 - 1 = 26
g3(4)=a3(232+231+2)1=242+241+21=41g_3(4) = a_3(2 \cdot 3^2 + 2 \cdot 3^1 + 2) - 1 = 2 \cdot 4^2 + 2 \cdot 4^1 + 2 - 1 = 41
g4(4),,g10(4)=60,83,109,139,173,211,253  g_4(4), \ldots, g_{10}(4) = 60, 83, 109, 139, 173, 211, 253\;
g11(4)=a11(2112+111)1=2122+1211=299g_{11}(4) = a_{11}(2 \cdot 11^2 + 11^1) - 1 = 2 \cdot 12^2 + 12^1 - 1 = 299
g12(4)=a12(2122+11)1=2132+111=348g_{12}(4) = a_{12}(2 \cdot 12^2 + 11) - 1 = 2 \cdot 13^2 + 11 - 1 = 348
...
g100(4)=1012+21101+90=12412g_{100}(4) = 101^2 + 21\cdot 101 + 90 = 12\, 412
...
g1000(4)=10012+181001+534=1020533g_{1000}(4) = 1001^2 + 18\cdot 1001 + 534 = 1\, 020\, 533
...
Diese Folge steigt noch recht lange an, bis zur Basis 3 · 24026532092^{402\, 653\, 209}, bleibt dann noch einmal doppelt solange konstant, und fällt dann ab, bis bei der Basis 3 · 24026532112^{402\, 653\, 211} - 1 der Wert 0 erreicht wird. Die Anzahl der benötigten Schritte ist hier also selbst eine Zahl mit mehr als 121 Millionen Dezimalstellen.
Einen Eindruck davon, wie schnell Goodstein-Folgen wachsen können, liefern größere Werte von nn.
nn=19:
g1(19)=19g_1(19) = 19
g2(19)=a2(222+2+1)1=333+3=7625597484990g_2(19) = a_2(2^{2^2} + 2 + 1) - 1 = 3^{3^3} + 3 = 7\, 625\, 597\, 484\, 990
g3(19)=444+31,310154g_3(19) = 4^{4^4} + 3 \approx 1{,}3 \cdot 10^{154}
g4(19)=555+21,8102184g_4(19) = 5^{5^5} + 2 \approx 1{,}8 \cdot 10^{2184}
g5(19)=666+12,61036305g_5(19) = 6^{6^6} + 1 \approx 2{,}6 \cdot 10^{36\, 305}
g6(19)=7773,810695974g_6(19) = 7^{7^7} \approx 3{,}8 \cdot 10^{695\, 974}
g7(19)=8881=78(787+786+785+784+783+782+78+7)+g_7(19) = 8^{8^8} - 1 = 7\cdot 8^{(7\cdot 8^7 + 7\cdot 8^6 + 7\cdot 8^5 + 7\cdot 8^4 + 7\cdot 8^3 + 7\cdot 8^2 + 7\cdot 8 + 7)}+
+788+1+788+787+786+\ldots+7\cdot 8^{8+1} + 7\cdot 8^8 + 7\cdot 8^7 + 7\cdot 8^6 +
785+784+783+782+78+77\cdot 8^5 + 7\cdot 8^4 + 7\cdot 8^3 + 7\cdot 8^2 + 7\cdot 8 + 7
61015151335\approx 6\cdot 10^{15\, 151\, 335}
...
Trotz des rasanten Wachstums dieser Folgen behauptet nun der Satz von Goodstein, dass alle diese Folgen irgendwann wieder fallen und bei 0 enden.
 
 

Es gibt Dinge, die den meisten Menschen unglaublich erscheinen, die nicht Mathematik studiert haben.

Archimedes

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