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【googology】KPnd序列介绍(3.4375难度)

2023-02-09 14:11 作者:3183丶4139  | 我要投稿

    KPnd序列,是我定义的序数表示法,用一个自然数组表示序数。

    温馨提示:本文约8000字,且难度较大

1.概念和定义

    不降格的KP序列(Keidonxi's Polynomial Sequence with no debasing)简称KPnd,其中Keidonxi是我10年前用拼音推出的外文人名,Polynomial是多项式,no debasing代指没有“降格”这个操作,Sequence即序列;这个名字中,Polynomial是唯一能体现序列特征的:展开KP序列的依据是一组多项式。

    KP序列是一系列正在发展的序列,包括初始KP序列(initial KP)、KPnd序列、KDP序列(Keidonxi's Diagonalized Polynomial,定义已基本完善)、TKP序列(Triple KP,现处于原理研究阶段)、YKP(现处于原理理解阶段)、LKP序列(Lifting KP,现处于计划阶段)等。

    以下为KPnd序列的定义,不是很严谨(一个序列的展开取决于其他序列的展开):

KPnd序列的递归定义

    ps:之所以要引入十年前的Keidonxi,是因为我在2020年还定义过另一个序列 IUN(Iteration unit notation,递增元序列),然后可以把两者结合叫做_ _ _ _

2.基本原理

   0-Y序列有一个特点:一个序列的展开可以由它的阶差序列决定。例如1,4,6,10,阶差序列为1,3,2,4;1,3,2,4=1,3,2,3,4,5,6,7,...,所以1,4,6,10=1,4,6,9,13,18,24,31,...。其中的核心是令某项(记作aᵢ)等于它的父项(aₚ₍ᵢ₎)加上阶差(dᵢ)

    而KP序列中一个序列的展开是由多个序列共同决定的,这里面的核心是令某项(aᵢ)等于把它的父项(aₚ₍ᵢ₎)代入一个多项式函数,即aᵢ=Πᵢ(aₚ₍ᵢ₎),其中Πᵢ(x)是一个多项式函数。

    例如1,2,4,9,20,2=1×1+1,4=2×2,9=2×2+1,20=9×2+2,于是组成了一次项系数序列(记作Q₁)0,1,2,2,2,常数项序列(记作Q₀)0,1,0,1,2,于是在特定条件下展开这两个序列,最后返回原本序列。Q₁的末项加1然后展开:0,1,2,2,3=0,1,2,2,2,2,2,2,...;Q₀直接展开:0,1,0,1,2=0,1,0,1,1,1,1,1,...,返回得到1,2,4,9,19,39,79,159,...

    但是这个特定条件比较复杂,涉及很多新定义的概念。

    对于一个包含x+1项的序列A=(a₀,a₁,a₂,a₃,...,aₓ),aᵢ的父项是aₚ₍ᵢ₎(整数i∈[0,x))

    首先,定义多项式的系数:令aᵢ=Πᵢ(aₚ₍ᵢ₎),其中Πᵢ(x)=q₀ᵢ+q₁ᵢx+q₂ᵢx²+q₃ᵢx³+...;对任意自然数k,整数qₖᵢ∈[0,aₚ₍ᵢ₎)。Πᵢ还同时表示列向量%5Cleft(%5Clarge%7B%5E%7Bq_%7B0i%7D%5C%5Cq_%7B1i%7D%7D_%7Bq_%7B2i%7D%5C%5C...%7D%7D%5Cright),即第i项的系数向量

    向量组Q=(Π₀,Π₁,Π₂,...,Πₓ),是一个矩阵,称为子序列矩阵。子序列矩阵又由多个行向量组成:Q₀,Q₁,Q₂,Q₃,...,即Qₜ=(qₜ₀,qₜ₁,qₜ₂,qₜ₃,...,qₜₓ),行向量Qₜ称为序列A的t层子序列

    一个序列有无穷多个子序列,但是非零向量的子序列只有有限个。
    定义项的等级比较:对于两个项aᵢ和aₖ,如果%5Csmall%5Clim_%7Bx%5Cto%2B%E2%88%9E%7D%20%5Cfrac%7B%5CPi_%7Bi%7D(x)%2Bx%5E%7Bs%7D%7D%7B%5CPi_%7Bk%7D(x)%2Bx%5E%7Bs%7D%7D%20%3C1,那么称“aₖ在s层比aᵢ高级”。

    对于父项的寻找,如果A是初始状态的序列,即不是任何序列的子序列,那么aᵢ的父项就是在aᵢ左侧且最靠右的小于aᵢ的项,这个项记作aₚ₍ᵢ₎,项的序号记作pᵢ。父项序列P=(p₀,p₁,p₂,p₃,...,pₓ),这个记号只是用来便于描述的,展开过程中不会提及。

3.阶差序列

    在1,2,4,9之前,KP序列和1-Y序列是完全相同的,只是KP序列多了一个补层的行为。

    以1-Y的典例1,2,4,8,10,8为例,展开KPnd(1,2,4,8,10,8):

    因为2=1×1+1,4=2×2+0,8=4×2+0,10=8×1+2,8=4×2+0,所以对于1,2,4,8,10,8,Q₀=0,1,0,0,2,0,Q₁=0,1,2,2,1,2,并且P=(0,0,1,2,3,2)(记住首项是第0项)。

    这里首先就会遇到两个规定:如果一个项aᵢ=1,那么它对应的多项式Πᵢ(x)=0(这是两个违反多项式运算的地方之一),且规定父项为第0项;而如果一个项aᵢ的父项是1,那么它对应的多项式Πᵢ(x)=x+(aᵢ-1)。这才使得Q₀=0,1,0,0,2,0,Q₁=0,1,2,2,1,2而不是Q₀=1,0,0,0,2,0,Q₁=?,2,2,2,1,2

    接下来是可计算化。从逻辑上讲,一个有x+1项的序列(末项为第x项),它的展开式的第x项一定比展开前的第x项的值少1,但是在1,2,4,8,10,8中,Q₀的末项是0,怎么少1呢?因此要有一个运算,让Q₀的末项不是0。
    在1,2,4,8,10,8中,末项(a₅=8)的父项是4,那么让q₁₅减1,q₀₅加4,整个序列的值是不变的,只是从8=4×2+0改成了8=4×1+4。于是现在Q₀=0,1,0,0,2,4,Q₁=0,1,2,2,1,1,可以按照逻辑上的q₀₅-1来展开了。这个让Q₀的末项不再是0的过程称为可计算化

    然后是一个比较复杂的行为,补层。先在子序列中找到末项的父项及其之前的连续的0,也就是Q₀=0,1,0,0,2,4和Q₁=0,1,2,2,1,1。如果这个0是序列的首项,那么不管它,也就是不用管Q₁的这个0,只需要注意Q₀的这两个0。它们分别在0层子序列的第2项和第3项,那么比较a₂,a₃和末项在1层的级别,显然,这两个项的级别都比末项高;所以,q₁₂和q₁₃都减1(如果是末项级别更高或者级别相等则不需要减1);接下来是补层的核心:把第i+1项的0改成aᵢ。

    在这样的一系列操作下,Q₀变成了0,1,2,4,2,4,Q₁变成了0,1,1,1,1,1。在这之后,要展开的序列就变成了0,1,2,4,2,4和0,1,1,1,1,2,显然后者等于0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,...。实际上任何小于1,2,4,9的序列中,Q₁的展开式都是0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,...,Q₀就是这个序列的阶差。

    于是,1,2,4,8,10,8的展开问题就转化为了0,1,2,4,2,4怎么展开。
    和1-Y一样,0,1,2,4,2,4也可以进一步转化为0,0,1,2,1,2的展开(注意末项的父项是a₂)。末项与其父项的差是1,可以展开:0,0,1,2,1,1,2,1,1,2,1,1,2,1,...,注意a₄的父项是a₁。
    回到0,1,2,4,2,4,它等于0,1,2,4,2,3,5,2,4,6,2,5,7,2,...,由于此时a₄的父项是a₁,比a₂靠前,a₄₊₃ₙ的父项始终是a₁。

    最后回到1,2,4,8,10,8,即1,2,4,8,10,7,12,14,11,17,19,16,23,25,...

    其他的1,2,4,9之前的KPnd序列也是类似的,可以用完全相同的1-Y的规则展开。

4.阶斜率序列

    大于等于1,2,4,9,小于1,2,5的KPnd序列称为阶斜率序列,也可以称为阶线性序列、阶一次序列,因为每一项对应的多项式函数都是一次函数(不叫“阶商序列”是因为名称和后面的阶二次序列等无法衔接,同时曾经的KD序列占用了该名称)

    因为2×2等于4,2²也等于4,1,2,5只能视为阶二次序列的开端,阶斜率序列就只能从1,2,4,9开始了。并且还要规定,当aᵢ=4且aₚ₍ᵢ₎=2时,Πᵢ(x)=2x而不是x²。

    在定义中有一个“占位运算”,实际上就是用来让高级项的低级子序列不提升的。其中最小的例子是1,2,4,10,7。

    在1,2,4,10,7中,Q₀=0,1,0,2,3,Q₁=0,1,2,2,1,末项的多项式函数是一个一次函数,记这个表达式的展开层次s=1。如果一个项在s层比末项高级,那么可以简称为“这个项比末项高级”

    补层后得到Q₀=0,1,0,2,3,Q₁=0,1,2,2,1,末项的父项是a₂。这里的补层又要注意一点:如果待补层项的序号等于p(p(...(p(x))...))(记作pᶜ(x)),并且存在第pᵏ(x)项(k<c),这一项和待补层项都比末项高级,那么不需这个补层。所以此时的Q₀并不是0,1,2,2,3,Q₁也不是0,1,1,2,1

    现在要展开0,1,0,2,3和0,1,2,2,2。显然后者等于0,1,2,2,1,2,2,1,2,2,...。因为任何项的父项都不能比这个项高级,所以0,1,0,2,3中a₄的父项是a₁。但是a₃的父项是a₂,比a₁靠后;这样下来0,1,0,2,3应该是0,1,0,2,2,0,3,3,0,4,...。可是实际上它等于0,1,0,2,2,0,2,3,0,2,...,这是因为q₀₃=2对应的a₃,是比末项高级的,这不能被提升。

    于是展开式的Q₀=0,1,0,2,2,0,2,3,0,2,...,Q₁=0,1,2,2,1,2,2,1,2,2,...。为了便于逐项对应,一般会用矩阵Q表示,即%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C3%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%7D%7D%5Cright)%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C2%2C0%2C2%2C3%2C0%2C2%2C...%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C...%7D%7D%5Cright)

    故1,2,4,10,7=1,2,4,10,6,12,26,15,30,62,...

    现在来看1,2,4,9,12的展开式:
    %3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C1%2C3%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%7D%7D%5Cright)%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C1%2C2%2C0%2C1%2C3%2C0%2C1%2C...%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C...%7D%7D%5Cright)
    即1,2,4,9,12=1,2,4,9,11,22,45,48,96,193,...

    那么这个展开式的前6项,1,2,4,9,11,22,怎么展开呢?

    很快计算出Q₀=0,1,0,1,2,11,Q₁=0,1,2,2,1,1(已可计算化)。0,1,2,2,1,2很容易展开,就是0,1,2,2,1,1,1,1,1,1,...;而0,1,0,1,2,11,则需要进一步求子序列。

    所以在A=0,1,0,1,2,11的情况下,Π₅(x)等于什么?是x³+x+1吗?如果是这样。那么Q₀=0,0,0,0,1,1,Q₁=0,0,0,0,1,1,Q₂=0,Q₃=0,0,0,0,0,1,这个大小和1,2,11是相同的,这将形成一个超大的循环定义。那么,应该如何解决?

    附加降格的作用体现出来了:子序列的末项只能比原序列的末项(在0层)低级。这句话的意思是:在1,2,4,9,11,22中,Π₅(x)=x+11;那么在0,1,0,1,2,11中,Π₅(x)要满足%5Csmall%5Clim_%7Bx%5Cto%2B%E2%88%9E%7D%20%5Cfrac%7B%5CPi_%7B5%7D(x)%7D%7Bx%2B11%7D%20%3C%201。所以这个Π₅(x)只能等于11(因为函数的级别是逐级下降的,所以降低到满足这个不等式后就不用继续降低了),常数函数已经是多项式函数的最低级别。

    现在,0,1,0,1,2,11,Q₀=0,0,0,0,1,11,Q₁=0,0,0,0,1,0,于是展开为Q₀=0,0,0,0,1,10,19,28,37,...,Q₁=0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,...,得到0,1,0,1,2,11=0,1,0,1,2,10,19,28,37,...。

    回到1,2,4,9,11,22,Q₀=0,1,0,1,2,10,19,28,37,...,Q₁=0,1,2,2,1,1,1,1,1,1,...,故1,2,4,9,11,22=1,2,4,9,11,21,40,68,115,...

    1,2,4,10等于什么?可以发现,Q₀=0,1,0,2,Q₁=0,1,2,2。在这里,补层又回来了。将q₀₂改为a₁,由于a₂不比末项高级,q₁₂不变,即Q₀=0,1,2,2,Q₁=0,1,2,2。
     0,1,2,2=0,1,2,1,2,1,2,1,2,...,0,1,2,3=0,1,2,2,2,2,2,2,2,...,注意这里分别展开了(0,1,2,2)[3]和(0,1,2,3)[6],在存在补层的情况下,不同子序列的基本列长度单位可能是不同的。
    于是1,2,4,10=1,2,4,9,20,41,84,169,340,...

    再看向1,2,4,10,12的展开式:
    Q %3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C2%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%7D%7D%5Cright)%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C1%2C0%2C2%2C1%2C0%2C2%2C...%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C...%7D%7D%5Cright)
    即1,2,4,10,12=1,2,4,10,11,22,46,47,94,190,...

    这个展开式的前7项,1,2,4,10,11,22,46,展开时应该如何补层?

    1,2,4,10,11,22,46,Q₀=0,1,0,2,1,0,2,Q₁=0,1,2,2,1,2,2,需要给q₀₅补层。根据前面的规则,q₀₅应该改为a₄,但是0,1,0,2,1,11,2显然也是无法展开的。
    q₀₅=0,q₁₅=2,现在要找到另一个类似的q₀ᵢ=0,q₁ᵢ=2的,如果这个项不存在,就找比a₅高级但q₀ᵢ=0的项;当然,这个项是存在的,就是a₂。因此,替换掉q₀₅的不是a₄,而是a₁。所以,Q
%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C1%2C2%2C2%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%7D%7D%5Cright)%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C2%2C1%2C2%2C1%2C2%2C1%2C2%2C1%2C2%2C...%7D_%7B0%2C1%2C2%2C2%2C1%2C2%2C2%2C2%2C2%2C2%2C2%2C2%2C...%7D%7D%5Cright)

    故1,2,4,10,11,22,46=1,2,4,10,11,22,45,92,185,372,745,1492,...

    以上基本就是阶斜率序列会遇到的所有情况了。在1,2,4,13之前,Q₁的展开式一定是PrSS的表达式。而1,2,4,13,Q₀=0,1,0,1展开为0,1,0,0,0,0,0,...,Q₁=0,1,2,3展开为0,1,2,3,4,5,6,...,所以1,2,4,13=1,2,4,12,48,240,1440,...呈现出阶乘的形式。阶斜率呈现等差数列,或者说阶斜率的阶差是常数,把阶差运算记作q⁰,阶斜率运算记作q¹,这个式子可以表述为q⁰(q¹)=常数。

    接下来是1,2,4,16,113:
Q %3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C0%2C1%7D_%7B0%2C1%2C2%2C4%2C7%7D%7D%5Cright)%3D%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C00%2C00%2C00%2C00%2C...%7D_%7B0%2C1%2C2%2C4%2C7%2C11%2C16%2C22%2C29%2C...%7D%7D%5Cright)即1,2,4,16,113=1,2,4,16,112,1232,19712,433664,12576256,...,也就是q⁰(q⁰(q¹))=常数。1,2,4,16,128,1921(Q₁=1,2,4,8,15)展开式即为q⁰(q⁰(q⁰(q¹)))=常数。对q⁰(q¹), q⁰(q⁰(q¹)), q⁰(q⁰(q⁰(q¹)))取对角化,可以得到q¹(q¹)=常数:1,2,4,16,129=1,2,4,16,128,2048,65536,4194304,…(Q₁=1,2,4,8,16,32,64,...)。

    最后,q¹(q¹(...(q¹(q¹))...))=常数 的极限,就是阶斜率序列的极限:1,2,4,16,256,65536,4294967296,...

5.完整的序列

    阶二次序列开始于1,2,5,Q₀=0,0,1,Q₁=0,0,0,Q₂=0,1,1,展开为Q₀=0,1,0,0,0,0,...,Q₁=0,Q₂=0,1,1,1,1,1,...;1,2,5=1,2,4,16,256,65536,...

    这里可以看到,我强行让2的Π(x)=x²,这里也违反了多项式运算。实际上这里的Π(x)取决于第2项的值,当a₂≥5时,Π₁(x)=x^[log₂(a₂-1)](如果a₂经过附加降格后Π₁(x)变成了x,那么改为x+1)。这么多特殊的规定,都是为了对抗同一个噩梦般的特性:2×2=2²

    在1,2,5之后,基本上不会遇到新的情况了。

    1,2,5,25,Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C1%2C0%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%2C1%7D%7D%5Cright),这里的可计算化,本来需要q₁₃的值减1,但是q₁₃也是0,所以需要q₂₃的值减1,q₁₃的值加5,再让q₁₃的值减1,q₀₃的值加5,即Π₃(x)=4x+5。接下来:
Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C1%2C5%5C%5C0%2C0%2C0%2C4%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%2C0%7D%7D%5Cright)即为%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C1%2C4%2C0%2C1%2C8%2C0%2C1%2C12%2C0%2C1%2C...%5C%5C0%2C0%2C0%2C4%2C0%2C0%2C8%2C0%2C0%2C12%2C0%2C0%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%2C0%2C1%2C1%2C0%2C1%2C1%2C00%2C1%2C1%2C...%7D%7D%5Cright)
故1,2,5,25
=1,2,5,24,576,331777,2654224,7044905042176,49630687053276828338814977,...

    对于1,2,5,24,576,Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C1%2C4%2C24%5C%5C0%2C0%2C0%2C4%2C23%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%2C0%2C0%7D%7D%5Cright)补层为%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C1%2C4%2C24%5C%5C0%2C1%2C2%2C4%2C23%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C0%7D%7D%5Cright)展开为
%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C1%2C4%2C23%2C235%2C%5C%203297%2C%5C%2069246%5C%20%2C%5C%20...%5C%5C0%2C1%2C2%2C4%2C23%2C372%2C24185%2C7884316%2C...%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20O%7D%7D%5Cright)(完整的展开式是什么就不算了)

    在1,2,5之后,可能会出现多次补层,或者跨层次的可计算化,同时2×2=2²造成的负面作用也明显体现出来,让规则变得复杂。

    1,2,8:Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C2%5C%5C0%2C0%2C1%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%7D%7D%5Cright)展开为%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C1%2C2%2C3%2C4%2C...%5C%5C0%2C0%2C1%2C2%2C3%2C4%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C1%2C1%2C1%2C1%2C...%7D%7D%5Cright),1,2,7,65,4423,19580625,...
    1,2,8,193:Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C1%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C3%7D%7D%5Cright) 展 开 为          %5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C3%2C4%2C5%2C6%2C...%7D%7D%5Cright),即q⁰(q²)=常数
    1,2,8,256,2049:Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C1%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%2C0%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C4%2C8%7D%7D%5Cright)展开为   %5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C00%2C00%2C...%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C00%2C00%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C4%2C8%2C16%2C32%2C...%7D%7D%5Cright),即q¹(q²)=常数
    1,2,8,257:Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C1%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C4%7D%7D%5Cright),即q²(q²)=常数
    1,2,8,512,131073:Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C%5C%201%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%2C%5C%200%7D%5C%5C%5E%7B0%2C1%2C2%2C8%2C256%7D%7D%5Cright),即q²(q²(q²))=常数

    于是,阶三次序列出现:1,2,9=1,2,8,512,2²⁷,2⁸¹,2²⁴³,...。后面就不一一列举了

    1,2,16,12289(q⁰(q³)=常数);1,2,16,16384,2⁴⁵+1(q¹(q³)=常数);1,2,16,16385(q²(q³)=常数);1,2,16,32769(q³(q³)=常数);1,2,16,65536,2⁶³+1(q³(q³(q³))=常数)

    1,2,17:q⁴=常数
    1,2,33:q⁵=常数
    1,2,65:q⁶=常数

    最后,KPnd序列的极限,1,2,ω形成。1,2,ω的基本列是1,2;1,2,4;1,2,4,9;1,2,5;1,2,9;1,2,17;1,2,33;...

6.分析

    KPnd序列在1,2,4,9之前和1-Y完全相同,所以没必要分析这一部分。可是在这之后,已经没有几个记号能用来分析了。以下是KPnd和Y序列的对照。

    KPnd的等比数列的强度弱于比1-Y的等比,最终是阶斜率嵌套不动点(阶二次系数是常数)1,2,5,才等于1-Y的极限。这是因为,    在1-Y中,1,3,5,阶差等于%5Cleft(%7B%5E%7B1%2C3%2C5%7D_%7B%5C%202%2C2%7D%7D%5Cright);1,3,7,阶差等于%5Cleft(%7B%5E%7B1%2C3%2C7%5C%5C%5C%202%2C4%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%202%7D%7D%5Cright),待展开的阶差序列都是1,2,2,而KPnd的类似结构只有一种,因此相对弱一些。

KPnd和1-Y的对应

    根据奆佬HypCos的原理解释,1-Y(1,3)相当于ω行BMS,1-Y极限相当于“ω²行BMS”,ω-Y极限则相当于“ω^ω行BMS”。而对应1-Y(1,3)的KPnd(1,2,4,9)展开式的Π(x)刚好是x+x,对应1-Y极限的KPnd(1,2,5)展开式的Π(x)刚好是x²,也就是说,“序数行BMS”的行数,和KPnd的Π(x)函数,结构十分相似。

    通过合情推理,可以认为KPnd的极限是“ω^ω行BMS”,即ω-Y极限。KPnd的扩展,KDP序列,极限是“项→展开层次”不动点,则为“α→α行BMS 不动点”。

7.历史

KP序列的最初版本诞生于2022年11月23日。

    下面以1,2,4,12,24(Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C0%2C12%7D_%7B0%2C1%2C2%2C3%2C%5C%201%7D%7D%5Cright),简记作0,11,20,30,1 12)的展开方式为依据讲述KP序列的变化。

    2022.11.12,我重新开始研究2020年底定义的表示法IUN(Iteration unit notation,递增元序列)

    2022.11.23 12:15左右,为了能让IUN结合一个名字为K开头的序列,KM序列(Keidonxi's Multiplication Sequence)诞生,以乘法的逆运算(除法的商和余数)为核心
    2022.11.23 20点左右,KM序列扩展为KD序列(Keidonxi's Down-arrow Sequence),以下箭号表示法的逆运算为核心,此时我已经没有心思研究IUN和THIAN

2022.11.24(0-Y展开1,n,无同化,无降格)
    0,11,20,30,1 11,20,30,1 66,20,30,1 286,...
    1,2,4,12,23,46,138,204,408,1224,1510,...
    但是1,2,4,8,16,...,2ⁿ用这种方法无法展开,只能强行规定1,2,4,9之前KD与1-Y相同

2022.11.24晚,第一次在googology群公开序列中“阶商”的概念

2022.11.25(0-Y展开1,n,有同化,无降格)
    0,11,12,24,1 11,24,1 56,24,1 165,...
    1,2,4,12,23,50,106,216,381,...
    它的子序列是1,11,20,24,1 11,24,26,24,1 165
    很明显,展开式中的106,子序列26出现了循环定义

2022,11.26(改为HPrSS展开1,n)
    0,11,12,24,1 11,24,1 28,24,1 53,24
    其中1,2,12求阶差后得1,2,11,28,53,...
    1,2,4,12,23,50,78,160,213,430,...
    虽然不再有阶商上的循环,但是
    它大于1,2,4,12,23,47
    子序列为0,11,20,24,1 11,21,展开后将出现阶乘序列,巨大循环

2022.11.27(出现降格,降格项不参与展开)
    1,11,12,18,1 12
    其中1,2,8,12阶差为0,1,6,10=0,1,6,9,14,18,23,27,32,...
    1,11,12,18,1 11,1 25,1 29,1 52,1 56,1 88,...
    1,2,4,12,23,48,77,129,185,273,...
    1,2,4,12,"23,48",经典循环又回来了

2022.11,28,出现“万能步骤”补层+反向降格

2022.11.29(降格项只求差)
    0,11,20,18,1 12
    补层1,2,即展开1,2,8,12,其中8只求差(d=8-2=6)
    0,1,10=0,1,9,18,27,36,...
    0,11,20,18,1 11,1 17,1 29,1 35,1 56,1 62,...
    1,2,4,12,23,40,69,104,160,222,...

    至此,终于把所有问题都修复了,确保KD序列在1,2,4,17之前没有问题。但是,经过这么多变化,强度也遭到了巨幅削弱

    2022.12.4,发现阶商1,2,2=1,2,1,1,1,1,...,和对1做补层的奇怪现象
2022.12.4之后,KD序列再无发展

    2023.1.15凌晨3:00左右,KP序列(Keidonxi's Polynomial Sequence)出现,并取代KD序列
    KP序列在1,2,5之前与KD序列完全相同,但之后的数字小得多,同时能保证强度。不过KD序列仍然存在,只是不再使用。

2023.1.15(降格项可以参与展开,删除同化和反向降格,新增附加降格)
    0,11,12,18,1 12
    1,2,8,12求差0,1,6,4再求差0,0,5,3=0,0,5,2,7,4,9,6,11,...
    0,1,6,4=0,1,6,3,8,5,10,7,12,...
    0,11,12,18,1 11,1 19,1 24,1 34,1 41,1 53,...
    1,2,4,12,23,41,65,99,140,193,...
2023.1.15晚,完成initial KP序列的定义

2023.1.16(取消降格,改良补层)
    0,11,20,30,1 12
    阶斜率1,2,3,2=1,2,3,1,2,3,1,2,3,...(λ=3)
    阶差:1, , ,12=1, , ,11, , ,21, , ,...
    0,11,20,30,1 11,20,30,1 21,20,30,...
    1,2,4,12,23,46,138,159,318,954,...

2023.1.21,基本完善KPnd序列的定义
2023.1.25,完成KPnd序列的定义,确定KDP序列的基本原理

8.可能的扩展

    在KPnd序列之后,KDP的基本原理已经成型。和KPnd相比,KDP只是增加了一个层级序列H,和一个最高系数序列N。

    让序列1,2,5的Q=%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C1%5C%5C0%2C1%2C0%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C1%7D%7D%5Cright),也就是要展开%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C1%5C%5C0%2C1%2C1%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C2%7D%7D%5Cright)。在KPnd的情况下它会等于%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%5C%5C0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C1%2C2%2C3%2C4%2C...%7D%7D%5Cright);既然左下方都是0,那么能不能给Q₂换一种展开方式呢?我们可以让%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C1%5C%5C0%2C1%2C1%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C2%7D%7D%5Cright)等于%5Cleft(%7B%5E%7B0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%5C%5C0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C0%2C...%5C%5C0%2C0%2C1%2C0%2C0%2C0%2C...%5C%5C0%2C0%2C0%2C1%2C0%2C0%2C...%7D%5C%5C%5E%7B0%2C0%2C0%2C0%2C1%2C0%2C...%5C%5C0%2C0%2C0%2C0%2C0%2C1%2C...%5C%5C%5C%20%C2%B7%5C%20%5C%20%C2%B7%5C%20%5C%20%C2%B7%5C%20%5C%20%C2%B7%5C%20%5C%20%C2%B7%5C%20%5C%20%C2%B7%7D%7D%5Cright),相当于给KPnd序列做一个对角化。

     在可计算化之后,定义层级序列H=(h₀,h₁,h₂,h₃,...,hₓ₋₁,hₓ+1),其中hᵢ=max{t|qₜᵢ≠0}+1;定义最高系数序列N=(n₀,n₁,n₂,n₃,...,nₓ₋₁,nₓ+1),其中nᵢ=qₕ₍ᵢ₎₋₁ ᵢ。

    在KPnd中,要把Q₀,Q₁,Q₂,Q₃,...依次展开,是展开无穷多个表达式(非0表达式是有限个);而到了KDP,则是先需要展开Q₀,Q₁,Q₂,Q₃,...Qₛ₋₁,再展开H和N,接下来令展开式的qₕ₍ᵢ₎ ᵢ=nᵢ,与Q₀,Q₁,Q₂,Q₃,...Qₛ₋₁的展开式结合,其他的未定义的qⱼᵢ定义为0;最后返回原序列。

    这样下来,1,2,5将展开为1,2,4,64,2²⁴,2¹²⁰,2⁷²⁰,...,也就是KPnd的极限。用qⁿ表达,就是q⁰,q¹,q²,...的极限,或者称为:q指数的阶差是常数,q⁰(ln(qⁱ))=常数

    1,2,8,2097153(H=1,2,4,9),展开为1,2,8,2²¹,2³¹⁵,2⁹⁷⁶⁵,2⁶¹⁵¹⁹⁵,...,这是q¹(ln(qⁱ))=常数
    1,2,8,2⁴⁵+1(H=1,2,4,17),展开为1,2,8,2⁴⁵,2¹¹⁴⁷⁵,2⁷⁵²⁰¹⁴¹²⁵,...,这是q²(ln(qⁱ))=常数
    1,2,8,2¹⁸⁹,2⁴⁹⁵⁴⁵⁰²⁷+1(H=1,2,4,64,262145)这个很难展开了,是q³(ln(qⁱ))=常数

    上面这些的极限,1,2,9,H=1,2,5;H展开为1,2,4,64,2²⁴,2¹²⁰,2⁷²⁰,...,得1,2,9=1,2,8,2¹⁸⁹,2³¹⁷⁰⁸⁹³⁶³⁵,2⁴²¹⁴⁸⁴⁰⁵⁹¹²⁹⁸¹⁹⁶⁵⁷⁰⁴⁰¹¹⁵⁰⁷⁷⁴⁷¹¹⁰⁰⁵⁹²⁸⁴⁷⁴²⁸⁰¹²⁵,...,达到q⁰(ln(ln(qⁱ)))=常数,对展开式取2为底对数的2为底对数,将近似于一个等差数列。

    接下来,1,2,129,H=1,2,9,是q⁰(ln(ln(ln(qⁱ))))=常数;1,2,2¹²⁷+1,H=1,2,129,达到q⁰(ln(ln(ln(ln(qⁱ)))))=常数,......

    最终极限,1,2,ω,将呈现无穷层指数塔,并到达“项→展开层次”不动点(因为序列本身和H的指数塔始终相差1层)。这里我强行定义1,3=1,2,ω,并规定基本列为:1,2,4;1,2,5;1,2,9;1,2,129;1,2,2¹²⁷+1;1,2,2^(2¹²⁷-1)+1;...

    在1,3之后,我计划扩展为TKP序列,认为从1到3是经过了两次+1的运算,后面的表达式都需要区分两次不同的运算,例如1,3,6,Q=(0,0),(1,1),(1,2);1,3,17,Q=%5Cleft(%7B%5E%7B(0%2C0)%2C(1%2C1)%2C(1%2C3)%7D_%7B(0%2C0)%2C(1%2C1)%2C(2%2C2)%7D%7D%5Cright)。但是这样的表达式应该如何展开,目前还未明确;而且展开式中经常出现ω,这有可能会造成非良序甚至非良定义。
    1,4,则认为经过了三次+1的运算(Q=(0,0,0),(1,1,1)),以此类推到ω次运算。在TKP序列的基础上,我还打有进一步对角化的打算,类似于H序列,让运算次数也产生一个序列,不过满足交换律的运算让这很难真正应用,比如说(0)(1,1)(1,1,1),这是1,3,6。

    还有一种方法,和Y序列类似,求了n次运算再展开二维运算。Y(1,3,9),阶差为%5Cleft(%7B%5E%7B1%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%209%5C%5C%5C%20%5C%202%5C%20%5C%20%5C%206%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%20%5C%20%5C%204%7D%7D%5Cright)展开为%5Cleft(%7B%5E%7B1%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%208%5C%20%5C%2020%5C%20%5C%2048%5C%20112%5C%20...%5C%5C%5C%20%5C%202%5C%20%5C%20%5C%205%5C%20%5C%2012%5C%20%5C%2028%5C%20%5C%2064%5C%20...%5C%5C%5C%20%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%207%5C%20%5C%2016%5C%20%5C%2036%5C%20...%5C%5C%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%204%5C%20%5C%20%5C%209%5C%20%5C%2020%5C%20...%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%0A%20%5C%205%5C%20%5C%2011%5C%20...%5C%5C%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%206%5C%20...%5C%5C%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%5C%20%CB%99%C2%B7.%7D%7D%5Cright) KP序列可能也可以进行类似的操作,这种扩展,称为YKP序列。YKP(1,3,9),Q=%5Cleft(%7B%5E%7B1%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%209%5C%5C%5C%201%2C2%5C%202%2C3%20%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%20%5C%20%2C1%3B%2C1%7D%7D%5Cright)%5Cleft(%7B%5E%7B1%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%209%5C%5C%5C%201%2C2%5C%202%2C3%20%7D%5C%5C%5E%7B%5C%20%5C%20%5C%20%2C2%3B%2C1%7D%7D%5Cright)1,1,2=1,1,1,1,1,...;1,2,1=1,2,0,0,0,0,...,得
Q=%5Cleft(%7B%5E%7B1%5C%20%5C%20%5C%203%5C%20%5C%20%5C%208%5C%20%5C%2034%5C%20%5C%20274%5C%20...%7D_%7B%5C%201%2C2%5C%202%2C2%5C%204%2C2%5C%208%2C2%5C%2C...%7D%7D%5Cright)。由于Y序列的复杂性,我目前基本上没有研究过YKP序列。

    就目前状况,1,3之前的扩展只会是KDP,1,3之后还没有找到合适的扩展方式。不过KPnd(1,2,5)都已经到达序数记号的前沿了,后期更重要的应该是每一个KPnd序列的结构对应了哪一个序数结构,而不是怎么进一步扩展。

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