Una potencia de dos es un número de la forma 2 n donde n es un número entero, es decir, el resultado de la exponenciación con el número dos como base y el número entero n como exponente.
En un contexto donde solo se consideran números enteros, n está restringido a valores no negativos, por lo que tenemos 1, 2 y 2 multiplicados por sí mismo una cierta cantidad de veces.
Debido a que dos es la base del sistema numérico binario, las potencias de dos son comunes en la informática. Escrito en binario, una potencia de dos siempre tiene la forma 100... 000 o 0,00... 001, al igual que una potencia de 10 en el sistema decimal.
Dos elevado a la potencia de n, escrito como 2 n, es el número de formas en que se pueden organizar los bits de una palabra binaria de longitud n. Una palabra, interpretada como un entero sin signo, puede representar valores de 0 ( 000... 000 2) a 2 n - 1 ( 111... 111 2) inclusive. Correspondiente firmados valores enteros puede ser positiva, negativa y cero; ver representaciones numéricas firmadas. De cualquier manera, uno menos que una potencia de dos es a menudo el límite superior de un número entero en las computadoras binarias. Como consecuencia, los números de este formulario aparecen con frecuencia en los programas informáticos. Por ejemplo, un videojuego que se ejecuta en un sistema de 8 bits puede limitar la puntuación o la cantidad de elementos que el jugador puede contener a 255, el resultado de usar un byte, que tiene 8 bits de longitud, para almacenar el número, dando un valor máximo de 2 8 - 1 = 255. Por ejemplo, en el Legend of Zelda original, el personaje principal estaba limitado a llevar 255 rupias (la moneda del juego) en un momento dado, y el videojuego Pac-Man tiene una pantalla de muerte en el nivel 256.
Las potencias de dos se utilizan a menudo para medir la memoria de la computadora. Un byte ahora se considera ocho bits (un octeto ), lo que da como resultado la posibilidad de 256 valores (2 8). (El término byte una vez significó (y en algunos casos, todavía significa) una colección de bits, típicamente de 5 a 32 bits, en lugar de solo una unidad de 8 bits.) El prefijo kilo, junto con byte, puede ser, y se ha utilizado tradicionalmente para significar 1.024 (2 10). Sin embargo, en general, el término kilo se ha utilizado en el Sistema Internacional de Unidades para significar 1.000 (10 3). Los prefijos binarios se han estandarizado, como kibi (Ki) que significa 1.024. Casi todos los registros de procesador tienen tamaños que son potencias de dos, siendo muy común 32 o 64.
Los poderes de dos también ocurren en una variedad de otros lugares. Para muchas unidades de disco, al menos uno del tamaño del sector, el número de sectores por pista y el número de pistas por superficie es una potencia de dos. El tamaño del bloque lógico es casi siempre una potencia de dos.
Los números que no son potencias de dos ocurren en varias situaciones, como las resoluciones de video, pero a menudo son la suma o el producto de solo dos o tres potencias de dos, o potencias de dos menos uno. Por ejemplo, 640 = 32 × 20 y 480 = 32 × 15. Dicho de otra manera, tienen patrones de bits bastante regulares.
Un número primo que es uno menos que una potencia de dos se llama primo de Mersenne. Por ejemplo, el número primo 31 es un primo de Mersenne porque es 1 menos que 32 (2 5). De manera similar, un número primo (como 257 ) que es uno más que una potencia positiva de dos se llama primo de Fermat ; el exponente en sí es una potencia de dos. Una fracción que tiene una potencia de dos como denominador se llama racional diádica. Los números que se pueden representar como sumas de enteros positivos consecutivos se denominan números corteses ; son exactamente los números que no son potencias de dos.
La progresión geométrica 1, 2, 4, 8, 16, 32,... (o, en el sistema numérico binario, 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000,...) es importante en la teoría de números. El Libro IX, Proposición 36 de Elementos demuestra que si la suma de los primeros n términos de esta progresión es un número primo (y por lo tanto es un número primo de Mersenne como se mencionó anteriormente), entonces esta suma multiplicada por el n- ésimo término es un número perfecto. Por ejemplo, la suma de los primeros 5 términos de la serie 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31, que es un número primo. La suma 31 multiplicada por 16 (el quinto término de la serie) es igual a 496, que es un número perfecto.
El libro IX, Proposición 35, demuestra que en una serie geométrica si el primer término se resta del segundo y último término de la secuencia, así como el exceso del segundo es para el primero, así es el exceso del último para todos aquellos. antes de eso. (Esta es una reformulación de nuestra fórmula para series geométricas de arriba.) Aplicando esto a la progresión geométrica 31, 62, 124, 248, 496 (que resulta de 1, 2, 4, 8, 16 al multiplicar todos los términos por 31), vemos que 62 menos 31 es 31 como 496 menos 31 es la suma de 31, 62, 124, 248. Por lo tanto, los números 1, 2, 4, 8, 16, 31, 62, 124 y 248 suman a 496 y más, estos son todos los números que dividen a 496. Supongamos que p divide a 496 y no está entre estos números. Suponga que p q es igual a 16 × 31, o 31 es a q como p es a 16. Ahora p no puede dividir 16 o estaría entre los números 1, 2, 4, 8 o 16. Por lo tanto, 31 no puede dividir q. Y desde el 31 no divide q y q medidas 496, el teorema fundamental de la aritmética implica que q debe dividir 16 y estar entre los números 1, 2, 4, 8 o 16. Sea Q sea 4, entonces p debe ser 124, que es imposible ya que por hipótesis p no está entre los números 1, 2, 4, 8, 16, 31, 62, 124 o 248.
(secuencia A000079 en la OEIS )
2 0 | = | 1 | 2 16 | = | 65,536 | 2 32 | = | 4.294.967.296 | 2 48 | = | 281,474,976,710,656 | 2 64 | = | 18,446,744,073,709,551,616 | 2 80 | = | 1.208.925.819.614.629.174.706.176 | |||||
2 1 | = | 2 | 2 17 | = | 131.072 | 2 33 | = | 8.589.934.592 | 2 49 | = | 562,949,953,421,312 | 2 65 | = | 36,893,488,147,419,103,232 | 2 81 | = | 2,417,851,639,229,258,349,412,352 | |||||
2 2 | = | 4 | 2 18 | = | 262,144 | 2 34 | = | 17.179.869.184 | 2 50 | = | 1.125.899.906.842.624 | 2 66 | = | 73,786,976,294,838,206,464 | 2 82 | = | 4.835.703.278.458.516.698.824.704 | |||||
2 3 | = | 8 | 2 19 | = | 524,288 | 2 35 | = | 34,359,738,368 | 2 51 | = | 2,251,799,813,685,248 | 2 67 | = | 147,573,952,589,676,412,928 | 2 83 | = | 9,671,406,556,917,033,397,649,408 | |||||
2 4 | = | dieciséis | 2 20 | = | 1.048.576 | 2 36 | = | 68,719,476,736 | 2 52 | = | 4.503.599.627.370.496 | 2 68 | = | 295,147,905,179,352,825,856 | 2 84 | = | 19,342,813,113,834,066,795,298,816 | |||||
2 5 | = | 32 | 2 21 | = | 2,097,152 | 2 37 | = | 137,438,953,472 | 2 53 | = | 9,007,199,254,740,992 | 2 69 | = | 590,295,810,358,705,651,712 | 2 85 | = | 38,685,626,227,668,133,590,597,632 | |||||
2 6 | = | 64 | 2 22 | = | 4.194.304 | 2 38 | = | 274,877,906,944 | 2 54 | = | 18,014,398,509,481,984 | 2 70 | = | 1,180,591,620,717,411,303,424 | 2 86 | = | 77,371,252,455,336,267,181,195,264 | |||||
2 7 | = | 128 | 2 23 | = | 8.388.608 | 2 39 | = | 549,755,813,888 | 2 55 | = | 36,028,797,018,963,968 | 2 71 | = | 2,361,183,241,434,822,606,848 | 2 87 | = | 154,742,504,910,672,534,362,390,528 | |||||
2 8 | = | 256 | 2 24 | = | 16.777.216 | 2 40 | = | 1.099.511.627.776 | 2 56 | = | 72,057,594,037,927,936 | 2 72 | = | 4.722.366.482.869.645.213.696 | 2 88 | = | 309,485,009,821,345,068,724,781,056 | |||||
2 9 | = | 512 | 2 25 | = | 33,554,432 | 2 41 | = | 2,199,023,255,552 | 2 57 | = | 144,115,188,075,855,872 | 2 73 | = | 9.444.732.965.739.290.427.392 | 2 89 | = | 618,970,019,642,690,137,449,562,112 | |||||
2 10 | = | 1.024 | 2 26 | = | 67,108,864 | 2 42 | = | 4.398.046.511.104 | 2 58 | = | 288,230,376,151,711,744 | 2 74 | = | 18,889,465,931,478,580,854,784 | 2 90 | = | 1,237,940,039,285,380,274,899,124,224 | |||||
2 11 | = | 2.048 | 2 27 | = | 134,217,728 | 2 43 | = | 8.796.093.022.208 | 2 59 | = | 576,460,752,303,423,488 | 2 75 | = | 37,778,931,862,957,161,709,568 | 2 91 | = | 2,475,880,078,570,760,549,798,248,448 | |||||
2 12 | = | 4.096 | 2 28 | = | 268,435,456 | 2 44 | = | 17,592,186,044,416 | 2 60 | = | 1,152,921,504,606,846,976 | 2 76 | = | 75,557,863,725,914,323,419,136 | 2 92 | = | 4.951.760.157.141.521.099.596.496.896 | |||||
2 13 | = | 8.192 | 2 29 | = | 536,870,912 | 2 45 | = | 35,184,372,088,832 | 2 61 | = | 2.305.843.009.213.693.952 | 2 77 | = | 151,115,727,451,828,646,838,272 | 2 93 | = | 9,903,520,314,283,042,199,192,993,792 | |||||
2 14 | = | 16,384 | 2 30 | = | 1.073.741.824 | 2 46 | = | 70,368,744,177,664 | 2 62 | = | 4.611.686.018.427.387.904 | 2 78 | = | 302,231,454,903,657,293,676,544 | 2 94 | = | 19.807.040.628.566.084.398.385.987.584 | |||||
2 15 | = | 32,768 | 2 31 | = | 2,147,483,648 | 2 47 | = | 140,737,488,355,328 | 2 63 | = | 9.223.372.036.854.775.808 | 2 79 | = | 604,462,909,807,314,587,353,088 | 2 95 | = | 39,614,081,257,132,168,796,771,975,168 |
Comenzando con 2, el último dígito es periódico con el período 4, con el ciclo 2–4–8–6–, y comenzando con 4, los dos últimos dígitos son periódicos con el período 20. Estos patrones son generalmente verdaderos para cualquier potencia, con respecto a cualquier base. El patrón continúa donde cada patrón tiene un punto de partida 2 k, y el período es el orden multiplicativo de 2 módulo 5 k, que es φ (5 k) = 4 × 5 k −1 (ver Grupo multiplicativo de números enteros módulo n ).
(secuencia A140300 en la OEIS )
Las primeras potencias de 2 10 son ligeramente mayores que las mismas potencias de 1000 (10 3):
2 0 | = | 1 | = 1000 0 | (0% de desviación) |
2 10 | = | 1024 | ≈ 1000 1 | (Desviación del 2,4%) |
2 20 | = | 1 048 576 | ≈ 1000 2 | (Desviación del 4,9%) |
2 30 | = | 1 073 741 824 | ≈ 1000 3 | (7,4% de desviación) |
2 40 | = | 1099 511 627 776 | ≈ 1000 4 | (Desviación del 10,0%) |
2 50 | = | 1 125 899 906 842 624 | ≈ 1000 5 | (Desviación del 12,6%) |
2 60 | = | 1152 921 504 606 846 976 | ≈ 1000 6 | (15,3% de desviación) |
2 70 | = | 1180591620717411303424 | ≈ 1000 7 | (Desviación del 18,1%) |
2 80 | = | 1208925819614629174706176 | ≈ 1000 8 | (Desviación del 20,9%) |
2 90 | = | 1237940039285380274899124224 | ≈ 1000 9 | (23,8% de desviación) |
2 100 | = | 1267650600228229401496703205376 | ≈ 1000 10 | (26,8% de desviación) |
2 110 | = | 129074214 633706907132624082305024 | ≈ 1000 11 | (Desviación del 29,8%) |
2 120 | = | 1329227995784915872903807060280344576 | ≈ 1000 12 | (32,9% de desviación) |
2 130 | = | 1361129467683753853853498429727072845824 | ≈ 1000 13 | (Desviación del 36,1%) |
2 140 | = | 13393 796 574 908 163 946 345 982 392040 522594 123 776 | ≈ 1000 14 | (Desviación del 39,4%) |
2 150 | = | 14272476927059598810582859694494951336382746624 | ≈ 1000 15 | (42,7% de desviación) |
Debido a que los datos (específicamente los números enteros) y las direcciones de los datos se almacenan usando el mismo hardware, y los datos se almacenan en uno o más octetos ( 2 3), son comunes las exponenciales dobles de dos. Por ejemplo,
norte | 2 n | 2 2 n (secuencia A001146 en la OEIS ) |
---|---|---|
0 | 1 | 2 |
1 | 2 | 4 |
2 | 4 | dieciséis |
3 | 8 | 256 |
4 | dieciséis | 65,536 |
5 | 32 | 4.294.967.296 |
6 | 64 | 18, 446, 744, 073, 709, 551, 616 (20 dígitos) |
7 | 128 | 340, 282, 366, 920, 938, 463, 463, 374, 607, 431, 768, 211, 456 (39 dígitos) |
8 | 256 | 115, 792, 089, 237, 316, 195, 423, 570, 985, 008, 687, 907, 853, 269, 984, 665, 640, 564, 039, 457, 584, 007, 913, 129, 639, 936 (78 dígitos) |
9 | 512 | 13, 407, 807, 929, 942, 597, 099, 574, 024, 998, 205, 846, 127, 479, 365, 820, 592, 393, 377, 723, 561, 443, 721, 764, 030, 073, 546, 976, 801, 874, 298, 166, 903, 427, 690, 031, 858, 186, 486, 050, 853, 753, 882, 811, 946, 569, 946, 433, 649, 006, 084, 096 (155 dígitos) |
10 | 1.024 | 179, 769, 313, 486, 231, 590, 772, 930,..., 304, 835, 356, 329, 624, 224, 137, 216 (309 dígitos) |
11 | 2.048 | 32, 317, 006, 071, 311, 007, 300, 714, 8..., 193, 555, 853, 611, 059, 596, 230, 656 (617 dígitos) |
12 | 4.096 | 1, 044, 388, 881, 413, 152, 506, 691, 75..., 243, 804, 708, 340, 403, 154, 190, 336 (1234 dígitos) |
13 | 8.192 | 1, 090, 748, 135, 619, 415, 929, 462, 98..., 997, 186, 505, 665, 475, 715, 792, 896 (2.467 dígitos) |
14 | 16,384 | 1, 189, 731, 495, 357, 231, 765, 085, 75..., 460, 447, 027, 290, 669, 964, 066, 816 (4.933 dígitos) |
15 | 32,768 | 1, 415, 461, 031, 044, 954, 789, 001, 55..., 541, 122, 668, 104, 633, 712, 377, 856 (9865 dígitos) |
dieciséis | 65,536 | 2, 003, 529, 930, 406, 846, 464, 979, 07..., 339, 445, 587, 895, 905, 719, 156, 736 (19.729 dígitos) |
17 | 131.072 | 4, 014, 132, 182, 036, 063, 039, 166, 06..., 850, 665, 812, 318, 570, 934, 173, 696 (39.457 dígitos) |
18 | 262,144 | 16, 113, 257, 174, 857, 604, 736, 195, 7..., 753, 862, 605, 349, 934, 298, 300, 416 (78,914 dígitos) |
Varios de estos números representan el número de valores representables utilizando tipos de datos informáticos comunes. Por ejemplo, una palabra de 32 bits que consta de 4 bytes puede representar 2 32 valores distintos, que pueden considerarse meros patrones de bits, o se interpretan más comúnmente como números sin signo de 0 a 2 32 - 1, o como el gama de números con signo entre -2 31 y 2 31 - 1. Ver también tetración e hiperoperaciones inferiores. Para obtener más información sobre la representación de números con signo, consulte el complemento a dos.
En relación con los nimbers, estos números a menudo se denominan Fermat 2-potencias.
Los números forman una secuencia de irracionalidad : para cada secuencia de enteros positivos, la serie
converge en un número irracional. A pesar del rápido crecimiento de esta secuencia, es la secuencia de irracionalidad de crecimiento más lento conocida.
int
variable en los lenguajes de programación Java y C #.Cardinal
o Integer
en el lenguaje de programación Pascal.La suma de todos los coeficientes binomiales de elección n es igual a 2 n. Considere el conjunto de todos los enteros binarios de n dígitos. Su cardinalidad es 2 n. También son las sumas de las cardinalidades de ciertos subconjuntos: el subconjunto de enteros sin 1 (que consta de un solo número, escrito como n 0), el subconjunto con un solo 1, el subconjunto con dos 1, y así sucesivamente hasta el subconjunto con n 1s (que consiste en el número escrito como n 1s). Cada uno de estos es a su vez igual al coeficiente binomial indexado por ny el número de 1 que se está considerando (por ejemplo, hay 10 números binarios para elegir 3 con diez dígitos que incluyen exactamente tres 1).
Actualmente, las potencias de dos son los únicos números casi perfectos conocidos.
El número de vértices de un hipercubo n- dimensional es 2 n. De manera similar, el número de ( n - 1) caras de un politopo cruzado de n dimensiones también es 2 n y la fórmula para el número de caras x que tiene un politopo cruzado de n dimensiones es
La suma de los recíprocos de las potencias de dos es 1. La suma de los recíprocos de las potencias al cuadrado de dos es 1/3.
La potencia natural más pequeña de dos cuya representación decimal comienza con 7 es
Cada potencia de 2 (excluyendo 1) se puede escribir como la suma de cuatro números cuadrados de 24 formas. Las potencias de 2 son los números naturales mayores que 1 que se pueden escribir como la suma de cuatro números cuadrados de la menor cantidad posible.