¿Por qué la tetración – exponenciación iterada – es mucho menos común que la exponenciación?

Desde la perspectiva de la combinatoria, la exponenciación tiene una interpretación combinatoria mucho más simple. Específicamente, para enteros positivos [matemática] m, n [/ matemática], el exponente [matemática] m ^ n [/ matemática] cuenta el número de funciones del conjunto [matemático] \ {1,2, \ ldots, n \ } \ to \ {1,2, \ ldots, m \} [/ math]. Ciertamente, uno podría escribir alguna descripción de [matemáticas] {} ^ {n} m [/ matemáticas] a lo largo de líneas similares, pero creo que es menos natural en el sentido de que es menos probable que lo encuentre en cualquier combinación combinatoria que que estas haciendo.

Al final del día, incluso los problemas matemáticos “puros” no son solo cosas arbitrarias que la gente sueña, sino que son preguntas naturales que abandonan las matemáticas previamente estudiadas. La exponenciación es simplemente un fenómeno “natural” más omnipresente, en cierto sentido: acabo de argumentar esto en el caso de la combinatoria, pero ciertamente esto es cierto en otros grandes campos: geometría algebraica (polinomios, ¿alguien?), Sistemas dinámicos, teoría de números, y así.

Llegué a esta pregunta después de leer esta pregunta sobre las aplicaciones reales de la tetración:
¿Cuáles son las aplicaciones reales de la tetración?

Aparecen algunas aplicaciones cuando se trata de algunos temas matemáticos puros, incluidos grandes números y límites de cálculo, pero no puedo pensar en ninguno obvio.

La exponenciación, por otro lado, está en todas partes. ¿Por qué es esto? No tengo una respuesta completa, pero haré algunos puntos que creo que abordarán esto (teniendo en cuenta las respuestas anteriores):

1) La función exponencial es la solución de algunas de las ecuaciones diferenciales más simples. En otras palabras, cuando la tasa de cambio de un valor está relacionada con su magnitud, entonces el valor en el tiempo puede representarse como una función exponencial. Este tipo de relación aparece con frecuencia en la naturaleza.

2) Un ejemplo más específico de respuesta # 1 es el de interés compuesto.

3) Puedes hacer exponentes muy bien en números reales, y se vuelve aún mejor en números complejos. La tetración está bien definida para enteros no negativos, pero no parece haber una buena manera de expandirla a racionales y más allá. La respuesta de Cody Holland mencionó que la Tetración conduce a estos números enormes; la exponenciación también puede conducir a números enormes, pero como puede tomar un exponente fraccionario, hay cosas mucho más interesantes que puede hacer con los números “bajos”.

4) En la respuesta de Carl Lian: el número de funciones de un conjunto a otro es exponencial. La teoría de conjuntos y las funciones es un componente básico de todas las matemáticas.

5) Polinomios. Son un bloque de construcción muy importante en el análisis, aproximan todas las funciones analíticas y se basan solo en la multiplicación y la suma. Como puede multiplicar una variable por sí misma, esto conduce a exponenciales.

6) La suma y la multiplicación son las operaciones básicas en un campo matemático (“¿Por qué es esto?” Es una pregunta más complicada). Muchas veces en algoritmos estadísticos, y estoy seguro de que en otros lugares, estamos viendo valores en “espacio de registro” (en otras palabras, logaritmos de algunos valores positivos como probabilidades o probabilidades). La suma en el espacio logarítmico es multiplicación. La multiplicación en el espacio logarítmico es exponenciación. Entonces, muchas veces la multiplicación más básica es la exponencia disfrazada.

7) Nuestras anotaciones posicionales y la notación científica para números se basan en exponentes.

No estoy 100% satisfecho con mi respuesta porque suena más como una lista de lugares donde se usan exponentes, y no tanto la causa raíz de todo, pero creo que nos estamos acercando.

No soy un genio matemático aquí, así que responderé esto lo mejor que pueda.

Según tengo entendido, la tetración no se considera una función elemental como lo son la suma y la multiplicación (¿tal vez la exponenciación?).

Además, la tetración se usa comenzando en el nivel de notación más alto,

A diferencia de la asociación.

Esto muestra que usar la tetración solo sería útil al usar números grandes. Y ya tenemos la facilidad de usar la notación científica.

Si bien es probable que haya muchas otras razones por las cuales la tetración no es de uso común, estas son las que me vinieron a la mente.

¡Siéntase libre de mejorar mi respuesta!

La tetración se ve en temas como cosmología, astrología y estadística.

Un ejemplo donde se usa la tetración es calcular el tiempo de recurrencia de Poincare de nuestro Universo. En términos simples, pregunta cuándo se va a repetir nuestro Universo. El resultado generalmente se muestra con tetración debido a la magnitud del número:

10 ^ 10 ^ 10 ^ 10 ^ 10 ^ 1.1 años

Otro ejemplo similar es el número de años hasta la muerte por calor de nuestro Universo:

10 ^ 10 ^ 10 ^ 56 años

Una razón por la que no ves que la Tetración se use en las matemáticas todos los días es algo en nuestro mundo físico lo suficientemente numeroso como para requerirlo. Si tuviera que contar toda la materia en el Universo, solo obtendría un número como 10 ^ 80 que puede representarse fácilmente por un exponente.

La tetración es útil para REALMENTE números grandes.

Como nota al margen, hay una jerarquía llamada Jerarquía de crecimiento rápido que traza la velocidad de crecimiento de varias funciones. La exponenciación es el nivel 3 y la tetración es el nivel 4. La jerarquía va mucho más allá de esas funciones. Es genial.