1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 네 개의 숫자 2만으로 목표 수를 만드는 퍼즐은 허용하는 수학 연산이 늘어날수록 표현 가능한 범위가 크게 넓어짐
  • 사칙연산만으로 1부터 6까지 만들 수 있고, 지수·팩토리얼·제곱근을 더하면 18, 28, 256, 65536 같은 값도 표현할 수 있음
  • 22를 두 개의 2로 보는 표기, Gamma 함수, 적분·순환소수·조합 연산자·복소수까지 허용하면 풀이가 훨씬 다양해짐
  • Paul Dirac의 일반해는 중첩 제곱근과 밑이 2인 로그로 임의의 자연수 n을 만들며, n은 식에 쓰는 숫자가 아니라 제곱근 반복 횟수임
  • 원래 일반식은 숫자 2를 세 번만 쓰지만, 2를 √(2+2)로 바꾸면 정확히 네 개의 2를 쓰는 형태가 됨

네 개의 2 퍼즐이 확장되는 방식

  • 규칙은 정확히 네 개의 숫자 2와 수학 연산을 사용해 목표 자연수를 만드는 것임
  • 초등 수준의 사칙연산만으로도 작은 수는 바로 만들 수 있음
    • 1 = (2+2)/(2+2)
    • 2 = 2/2 + 2/2
    • 3 = 2·2 - 2/2
    • 4 = 2+2+2-2
    • 5 = 2·2 + 2/2
    • 6 = 2·2·2 - 2
  • 지수와 팩토리얼을 허용하면 표현 범위가 크게 커짐
    • 18 = 2^(2^2) + 2
    • 28 = (2+2)! + 2 + 2
    • 256 = (2+2)^(2+2)
    • 65536 = 2^(2^(2^2))
  • 표기상으로 22를 두 개의 2로 보는 방식도 쓸 수 있음
    • 26 = 22 + 2 + 2
    • 11 = 22 / √(2+2)
    • 444 = 222 · 2
  • 7은 만들기 어렵기로 알려져 있지만, Gamma 함수를 허용하면 7 = Γ(2) + 2 + 2 + 2가 됨
  • 더 넓은 도구를 쓰면 Math StackExchange thread처럼 적분, 순환소수, 조합 연산자를 포함한 풀이도 나옴
  • 복소수를 활용한 예로는 12 = |2 + 2√(-2)|²가 있음

Dirac의 중첩 제곱근 일반해

  • 1920년대 수학자들도 이 퍼즐을 즐겼고, Paul Dirac이 모든 수에 대한 일반해를 찾음
  • 핵심은 2에 제곱근을 반복해서 적용하는 것임
    • √2 = 2^(1/2) = 2^(2^-1)
    • √√2 = 2^(1/4) = 2^(2^-2)
    • √√√2 = 2^(1/8) = 2^(2^-3)
  • 제곱근을 n번 적용하면 √√...√2 = 2^(2^-n) 형태가 됨
  • 여기에 밑이 2인 로그를 두 번 적용하면 -n을 얻을 수 있음
    • log₂(2^(2^-n)) = 2^-n
    • log₂(log₂(2^(2^-n))) = -n
  • 따라서 일반식은 다음과 같음
    • n = -log₂(log₂(√√...√2))
    • 여기서 제곱근은 n번 반복됨
  • 이 식은 숫자 2를 세 번만 쓰므로, 밑의 2 하나를 √(2+2)로 바꾸면 정확히 네 개의 2를 사용함
    • n = -log_{√(2+2)}(log₂(√√...√2))
  • 예를 들어 7은 제곱근을 일곱 번 중첩해 다음처럼 표현할 수 있음
    • 7 = -log_{√(2+2)}(log₂(√√√√√√√2))
  • 이 방식에서 n은 식 안에 직접 등장하는 숫자가 아니라 제곱근 반복 횟수를 세는 값이며, 남은 작업은 필요한 만큼 제곱근 기호를 그리는 것임

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