home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Suzy B Software 2 / Suzy B Software CD-ROM 2 (1994).iso / nasa / mathfaq / math_faq.593 < prev   
Encoding:
Text File  |  1995-05-02  |  55.1 KB  |  1,326 lines

  1. Xref: rde sci.math:4917 news.answers:3038 sci.answers:182
  2. Newsgroups: sci.math,news.answers,sci.answers
  3. Path: rde!gator!fang!att!att!linac!uwm.edu!cs.utexas.edu!utnut!torn!watserv2.uwaterloo.ca!watdragon.uwaterloo.ca!alopez-o
  4. From: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  5. Subject: sci.math: Frequently Asked Questions
  6. Message-ID: <C6LwCM.FMo@watdragon.uwaterloo.ca>
  7. Followup-To: sci.math
  8. Summary: (version 4.0)
  9. Originator: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  10. Sender: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  11. Reply-To: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  12. Organization: University of Waterloo
  13. Date: Thu, 6 May 1993 13:05:10 GMT
  14. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  15. Lines: 1308
  16.  
  17. Archive-Name: sci-math-faq
  18. Version: $Id: sci-math-faq,v 4.0 92/12/26 18:45:00 $
  19.  
  20. This is a list of Frequently Asked Questions for sci.math (version 4.0).
  21. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  22. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  23.  
  24. Changes and additions are marked with a # on the table of contents.
  25. This FAQ list (and most others, for that matter) is available via anonymous
  26. ftp at rtfm.mit.edu (18.70.0.226).
  27.  
  28. The list of contributors to this FAQ list is too large to include here;
  29. but thanks are due to all of them (you know who you are folks!).
  30.  
  31.              Table of Contents
  32.              -----------------
  33.  
  34.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of .. #
  35.  2Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  36.  3Q.- Values of Record Numbers      
  37.  4Q.- General Netiquette
  38.  5Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  39.  6Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  40.  7Q.- Fields Medal, general info ..
  41.  8Q.- 0^0=1. A comprehensive approach 
  42.  9Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  43. 10Q.- Digits of Pi, computation and references 
  44. 11Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  45.       other games .. #
  46. 12Q.- Surface and Volume of the n-ball  
  47. 13Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  48. 14Q.- Projective plane of order 10 ..   
  49. 15Q.- How to compute day of week of a given date 
  50. 16Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis? 
  51. 17Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume  
  52. 18Q.- Pointers to Quaternions
  53. 19Q.- Erdos Number # 
  54. 20Q.- Odd Perfect Number #
  55. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics? #
  56. 22Q.- General References and textbooks... #
  57.  
  58.  
  59. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  60.     (There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that 
  61.     x^n + y^n = z^n)  
  62.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  63.     on the proof was found to be wrong. ...
  64.     (wlog we assume x,y,z to be relatively prime)
  65.  
  66. A:  The status of FLT has remained remarkably constant.  Every few
  67.     years, someone claims to have a proof ... but oh, wait, not quite.
  68.     Meanwhile, it is proved true for ever greater values of the exponent
  69.     (but not all of them), and ties are shown between it and other
  70.     conjectures (if only we could prove one of them), and ... so it has
  71.     been for quite some time.  It has been proved that for each 
  72.     exponent, there are at most a finite number of counter-examples to
  73.     FLT.
  74.  
  75.     Here is a brief survey of the status of FLT. It is not intended to
  76.     be 'deep', but it is rather for non-specialists.
  77.  
  78.     The theorem is broken into 2 cases. The first case assumes 
  79.     (abc,n) = 1. The second case is the general case.
  80.  
  81.     What has been PROVED
  82.     --------------------
  83.  
  84.     First Case.
  85.  
  86.     It has been proven true up to 7.568x10^17 by the work of Wagstaff &
  87.     Tanner, Granville&Monagan, and Coppersmith. They all used extensions
  88.     of the Wiefrich criteria and improved upon work performed by 
  89.     Gunderson and Shanks&Williams.
  90.  
  91.     The first case has been proven to be true for an infinite number of 
  92.     exponents by Adelman, Frey, et. al. using a generalization of the
  93.     Sophie Germain criterion
  94.  
  95.   
  96.     Second Case:
  97.  
  98.     It has been proven true up to n = 150,000 by Tanner & Wagstaff. The
  99.     work used new techniques for computing Bernoulli numbers mod p and 
  100.     improved upon work of Vandiver. The work involved computing the
  101.     irregular primes up to 150,000. FLT is true for all regular primes 
  102.     by a theorem of Kummer. In the case of irregular primes, some
  103.     additional computations are needed.
  104.  
  105.     UPDATE : 
  106.  
  107.     Fermat's Last Theorem has been proved true up to exponent 4,000,000
  108.     in the general case. The method used was essentially that of Wagstaff:
  109.     enumerating and eliminating irregular primes by Bernoulli number
  110.     computations. The computations were performed on a set of NeXT
  111.     computers by Richard Crandall et al.
  112.  
  113.     Since the genus of the curve a^n + b^n = 1, is greater than or equal
  114.     to 2 for n > 3, it follows from Mordell's theorem [proved by
  115.     Faltings], that for any given n, there are at most a finite number
  116.     of solutions.
  117.  
  118.  
  119.     Conjectures
  120.     -----------
  121.  
  122.     There are many open conjectures that imply FLT. These conjectures
  123.     come from different directions, but can be basically broken into
  124.     several classes: (and there are interrelationships between the 
  125.     classes)
  126.     
  127.     (a) conjectures arising from Diophantine approximation theory such 
  128.     as the ABC conjecture, the Szpiro conjecture, the Hall conjecture,
  129.     etc.
  130.  
  131.     For an excellent survey article on these subjects see the article
  132.     by Serge Lang in the Bulletin of the AMS, July 1990 entitled
  133.     "Old and new conjectured diophantine inequalities".
  134.  
  135.     Masser and Osterle formulated the following known as the ABC 
  136.     conjecture:
  137.  
  138.     Given epsilon > 0, there exists a number C(epsilon) such that for
  139.     any set of non-zero, relatively prime integers a,b,c such that 
  140.     a+b = c we have
  141.  
  142.     max( |a|, |b|, |c|) <= C(epsilon) N(abc)^(1 + epsilon)
  143.  
  144.     where N(x) is the product of the distinct primes dividing x.
  145.  
  146.     It is easy to see that it implies FLT asymptotically. The conjecture
  147.     was motivated by a theorem, due to Mason that essentially says the
  148.     ABC conjecture IS true for polynomials.
  149.  
  150.     The ABC conjecture also implies Szpiro's conjecture [and vice-versa]
  151.     and Hall's conjecture. These results are all generally believed to
  152.     be true. 
  153.  
  154.     There is a generalization of the ABC conjecture [by Vojta] which is
  155.     too technical to discuss but involves heights of points on
  156.     non-singular algebraic varieties . Vojta's conjecture also implies
  157.     Mordell's theorem [already known to be true]. There are also a
  158.     number of inter-twined conjectures involving heights on elliptic
  159.     curves that are related to much of this stuff. For a more complete 
  160.     discussion, see Lang's article.
  161.     
  162.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  163.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  164.  
  165.     There is a very important and well known conjecture known as the
  166.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  167.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  168.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  169.     ABC conj.
  170.     
  171.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  172.     parameterized in terms of modular forms. 
  173.  
  174.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  175.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  176.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  177.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  178.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  179.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  180.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  181.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  182.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  183.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  184.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  185.     theorem].
  186.     
  187.     
  188.  
  189.     (c) Conjectures arising from some conjectured inequalities involving
  190.     Chern classes and some other deep results/conjectures in arithmetic
  191.     algebraic geometry. 
  192.  
  193.     I can't describe these results since I don't know the math. Contact
  194.     Barry Mazur [or Serre, or Faltings, or Ribet, or ...]. Actually the
  195.     set of people who DO understand this stuff is fairly small.
  196.  
  197.  
  198.     The diophantine and elliptic curve conjectures all involve deep 
  199.     properties of integers. Until these conjecture were tied to FLT,
  200.     FLT had been regarded by most mathematicians as an isolated problem;
  201.     a curiosity. Now it can be seen that it follows from some deep and
  202.     fundamental properties of the integers. [not yet proven but
  203.     generally believed].
  204.  
  205.     This synopsis is quite brief. A full survey would run to many pages.
  206.  
  207.     References:
  208.  
  209.     [1] J.P.Butler, R.E.Crandall, & R.W.Sompolski
  210.     "Irregular Primes to One Million"
  211.      Math. Comp. 59 (October 1992) pp. 717-722
  212.  
  213.     H.M. Edwards, Fermat's Last Theorem, A Genetic Introduction to
  214.     Algebraic Number Theory, Springer Verlag, New York, 1977
  215.  
  216.     P. Ribenboim, Thirteen Lectures on Fermat's Last Theorem, 
  217.     Springer Verlag, New York, 1979
  218.  
  219.     Number Theory Related to Fermat's Last Theorem, Neal Koblitz, editor,
  220.     Birkh\"auser Boston, Inc., 1982, ISBN 3-7643-3104-6
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225. 2Q: Has the Four Colour Theorem been solved?
  226.     (Every planar map with regions of simple borders can be coloured 
  227.     with 4 colours in such a way that no two regions sharing a non-zero
  228.     length border have the same colour.)
  229.  
  230. A:  This theorem was proved with the aid of a computer in 1976.
  231.     The proof shows that if aprox. 1,936  basic forms of maps
  232.     can be coloured with four colours, then any given map can be
  233.     coloured with four colours. A computer program coloured this 
  234.     basic forms. So far nobody has been able to prove it without 
  235.     using a computer. In principle it is possible to emulate the 
  236.     computer proof by hand computations.
  237.  
  238.     References:
  239.  
  240.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  241.     Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 82, 1976 
  242.     pp.711-712.
  243.  
  244.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  245.     Illinois Journal of Mathematics, vol. 21, 1977, pp. 429-567.
  246.  
  247.     T. Saaty and Paul Kainen, The Four Colour Theorem: Assault and
  248.     Conquest, McGraw-Hill, 1977. Reprinted by Dover Publications 1986. 
  249.  
  250.     K. Appel and W. Haken, Every Planar Map is Four Colourable,
  251.     Contemporary Mathematics, vol. 98, American Mathematical Society,
  252.     1989, pp.741.
  253.  
  254.     F. Bernhart, Math Reviews. 91m:05007, Dec. 1991. (Review of Appel
  255.     and Haken's book).
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260. 3Q:  What are the values of:
  261.  
  262. largest known Mersenne prime?
  263.  
  264. A:  It is 2^756839-1. It was discovered by a Cray-2 in England in 1992.
  265.     It has 227,832 digits.
  266.  
  267.     
  268. largest known prime?
  269.  
  270. A:  The largest known prime is the Mersenne prime described above.
  271.     The previous record holder, and the largest known non-Mersenne prime,
  272.     is 391581*2^216193-1. See Brown, Noll, Parady, Smith, Smith, and
  273.     Zarantonello, Letter to the editor, American Mathematical Monthly,
  274.     vol. 97, 1990, p. 214. Throughout history, the largest known prime
  275.     has almost always been a Mersenne prime; the period between Brown
  276.     et al's discovery in Aug 1989 and Slowinski & Gage's in March 1992
  277.     is one of the few exceptions.
  278.  
  279.     
  280. largest known twin primes?
  281.     
  282. A:  The largest known twin primes are 4650828 * 1001 * 10^3429  +/- 1.
  283.     They were found by H. Dubner
  284.  
  285.     For an article by the previous record holders see:
  286.  
  287.     B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  288.     Smith, Noll and Brown.
  289.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  290.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  291.  
  292.  
  293. largest Fermat number with known factorization?
  294.  
  295. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  296.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  297.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  298.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  299.  
  300.  
  301. Are there good algorithms to factor a given integer?
  302.  
  303. A:  There are several that have subexponential estimated 
  304.     running time, to mention just a few:
  305.  
  306.         Continued fraction algorithm,
  307.         Class group method,
  308.         Quadratic sieve algorithm,
  309.         Elliptic curve algorithm,
  310.         Number field sieve,
  311.         Dixon's random squares algorithm,
  312.         Valle's two-thirds algorithm,
  313.         Seysen's class group algorithm,
  314.  
  315.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  316.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  317.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  318.     673-715, 1990.
  319.  
  320.  
  321. List of record numbers?
  322.  
  323. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  324.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  325.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  326.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  327.     (greater than 1000 digits).
  328.  
  329.  
  330. What is the current status on Mersenne primes?
  331.  
  332. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  333.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  334.     known.
  335.  
  336.     nr            p                                 year  by
  337.     -----------------------------------------------------------------
  338.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  339.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  340.      8          31                       1750  Euler
  341.      9          61                       1883  Pervouchine
  342.     10          89                       1911  Powers
  343.     11          107                      1914  Powers
  344.     12          127                      1876  Lucas
  345.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  346.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  347.     18          3217                     1957  Riesel
  348.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  349.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  350.     24          19937                    1971  Tuckerman
  351.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  352.     26          23209                    1979  Noll
  353.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  354.     28          86243                    1982  Slowinski
  355.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  356.     30          132049                   1983  Slowinski
  357.     31          216091                   1985  Slowinski
  358.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  359.  
  360.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  361.     test:
  362.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  363.          u := 4
  364.          for i from 3 to p do
  365.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  366.          od
  367.          if u == 0 then
  368.             2^p-1 is prime
  369.          else
  370.             2^p-1 is composite
  371.          fi
  372.  
  373.    The following ranges have been checked completely:
  374.     2 - 355K and  430K - 520K
  375.  
  376.    More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  377.       G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  378.       fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  379.  
  380.  
  381. (Please send updates to alopez-o@maytag.UWaterloo.ca)
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386. 4Q:  I think I proved <insert big conjecture>.    OR
  387.     I think I have a bright new idea.
  388.  
  389.     What should I do?
  390.  
  391. A:  Are you an expert in the area? If not, please ask first local
  392.     gurus for pointers to related work (the "distribution" field
  393.     may serve well for this purposes). If after reading them you still
  394.     think your *proof is correct*/*idea is new* then send it to the net.
  395.  
  396.  
  397. 5Q:  I have this complicated symbolic problem (most likely
  398.     a symbolic integral or a DE system) that I can't solve.
  399.     What should I do?
  400.  
  401. A:  Find a friend with access to a computer algebra system
  402.     like MAPLE, MACSYMA or MATHEMATICA and ask her/him to solve it.
  403.     If packages cannot solve it, then (and only then) ask the net. 
  404.  
  405.  
  406. 6Q:  Where can I get <Symbolic Computation Package>?
  407.     This is not a comprehensive list. There are other Computer Algebra
  408.     packages available that may better suit your needs. There is also
  409.     a FAQ list in the group sci.math.symbolic. It includes a much larger
  410.     list of vendors and developers. (The FAQ list can be obtained from
  411.     rtfm.mit.edu via anonymous ftp).
  412.  
  413. A: Maple 
  414.         Purpose: Symbolic and numeric computation, mathematical
  415.         programming, and mathematical visualization. 
  416.         Contact: Waterloo Maple Software,
  417.         160 Columbia Street West,
  418.         Waterloo, Ontario, Canada     N2L 3L3
  419.         Phone: (519) 747-2373 
  420.         wmsi@daisy.uwaterloo.ca wmsi@daisy.waterloo.edu
  421.  
  422. A: DOE-Macsyma  
  423.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  424.         Contact: National Energy Software Center
  425.         Argonne National Laboratory 9700 South Cass Avenue
  426.         Argonne, Illinois 60439 
  427.         Phone: (708) 972-7250
  428.  
  429. A: Pari            
  430.  
  431.         Purpose: Number-theoretic computations and simple numerical
  432.         analysis.
  433.         Available for most 32-bit machines, including 386+387 and 486.
  434.         This is a copyrighted but free package, available by ftp from
  435.         math.ucla.edu (128.97.4.254) and ftp.inria.fr (128.93.1.26).
  436.         Contact: questions about pari can be sent to pari@ceremab.u-bordeaux.fr
  437.         and for the Macintosh versions to bernardi@mathp7.jussieu.fr
  438.  
  439.  
  440. A: Mathematica
  441.         Purpose: Mathematical computation and visualization,
  442.         symbolic programming. 
  443.         Contact: Wolfram Research, Inc. 
  444.         100 Trade Center Drive Champaign,
  445.         IL 61820-7237
  446.         Phone: 1-800-441-MATH
  447.  
  448. A: Macsyma
  449.         Purpose: Macsyma.
  450.     Contact: Macsyma Inc.
  451.         20 Academy Street
  452.         Arlington, MA 02174
  453.         tel: 617-646-4550
  454.         fax: 617-646-3161
  455.         email: info-macsyma@macsyma.com
  456.  
  457.  
  458. A: Matlab
  459.         Purpose: `matrix laboratory' for tasks involving 
  460.     matrices, graphics and general numerical computation.
  461.     Contact: The MathWorks, Inc.
  462.          21 Prime Park Way
  463.          Natick, MA 01760
  464.          508-653-1415
  465.          info@mathworks.com
  466.  
  467. A: Cayley
  468.         Purpose: Computation in algebraic and combinatorial structures
  469.         such as groups, rings, fields, modules and graphs.
  470.         Available for: SUN 3, SUN 4, IBM running AIX or VM, DEC VMS, others
  471.         Contact: Computational Algebra Group
  472.         University of Sydney
  473.         NSW 2006
  474.         Australia
  475.         Phone:  (61) (02) 692 3338
  476.         Fax: (61) (02) 692 4534
  477.         cayley@maths.su.oz.au
  478.  
  479.  
  480.  
  481. 7Q:  Let P be a property about the Fields Medal. Is P(x) true?
  482.  
  483. A:  There are a few gaps in the list. If you know any of the
  484.     missing information (or if you notice any mistakes), 
  485.     please send me e-mail.
  486.  
  487. Year Name               Birthplace              Age Institution
  488. ---- ----               ----------              --- -----------
  489. 1936 Ahlfors, Lars      Helsinki       Finland   29 Harvard U         USA
  490. 1936 Douglas, Jesse     New York NY    USA       39 MIT               USA
  491. 1950 Schwartz, Laurent  Paris          France    35 U of Nancy        France
  492. 1950 Selberg, Atle      Langesund      Norway    33 Adv.Std.Princeton USA 
  493. 1954 Kodaira, Kunihiko  Tokyo          Japan     39 Princeton U       USA
  494. 1954 Serre, Jean-Pierre Bages          France    27 College de France France
  495. 1958 Roth, Klaus        Breslau        Germany   32 U of London       UK
  496. 1958 Thom, Rene         Montbeliard    France    35 U of Strasbourg   France
  497. 1962 Hormander, Lars    Mjallby        Sweden    31 U of Stockholm    Sweden
  498. 1962 Milnor, John       Orange NJ      USA       31 Princeton U       USA
  499. 1966 Atiyah, Michael    London         UK        37 Oxford U          UK
  500. 1966 Cohen, Paul        Long Branch NJ USA       32 Stanford U        USA
  501. 1966 Grothendieck, Alexander Berlin    Germany   38 U of Paris        France
  502. 1966 Smale, Stephen     Flint MI       USA       36 UC Berkeley       USA
  503. 1970 Baker, Alan        London         UK        31 Cambridge U       UK
  504. 1970 Hironaka, Heisuke  Yamaguchi-ken  Japan     39 Harvard U         USA
  505. 1970 Novikov, Serge     Gorki          USSR      32 Moscow U          USSR
  506. 1970 Thompson, John     Ottawa KA      USA       37 U of Chicago      USA
  507. 1974 Bombieri, Enrico   Milan          Italy     33 U of Pisa         Italy
  508. 1974 Mumford, David     Worth, Sussex  UK        37 Harvard U         USA
  509. 1978 Deligne, Pierre    Brussels       Belgium   33 IHES              France
  510. 1978 Fefferman, Charles Washington DC  USA       29 Princeton U       USA
  511. 1978 Margulis, Gregori  Moscow         USSR      32 InstPrblmInfTrans USSR
  512. 1978 Quillen, Daniel    Orange NJ      USA       38 MIT               USA
  513. 1982 Connes, Alain      Draguignan     France    35 IHES              France
  514. 1982 Thurston, William  Washington DC  USA       35 Princeton U       USA
  515. 1982 Yau, Shing-Tung    Kwuntung       China     33 IAS               USA
  516. 1986 Donaldson, Simon   Cambridge      UK        27 Oxford U          UK
  517. 1986 Faltings, Gerd     1954           Germany   32 Princeton U       USA
  518. 1986 Freedman, Michael  Los Angeles CA USA       35 UC San Diego      USA
  519. 1990 Drinfeld, Vladimir Kharkov        USSR      36 Phys.Inst.Kharkov USSR
  520. 1990 Jones, Vaughan     Gisborne       N Zealand 38 UC Berkeley       USA
  521. 1990 Mori, Shigefumi    Nagoya         Japan     39 U of Kyoto?       Japan
  522. 1990 Witten, Edward     Baltimore      USA       38 Princeton U/IAS   USA
  523.  
  524. References :
  525.  
  526. International Mathematical Congresses, An Illustrated History 1893-1986,
  527. Revised Edition, Including 1986, by Donald J.Alberts, G. L. Alexanderson 
  528. and Constance Reid, Springer Verlag, 1987.
  529.  
  530. Tropp, Henry S., ``The origins and history of the Fields Medal,''
  531. Historia Mathematica, 3(1976), 167-181.  
  532.  
  533.  
  534. 8Q:  What is 0^0 ?
  535.  
  536. A:  According to some Calculus textbooks, 0^0 is an "indeterminate
  537.     form". When evaluating a limit of the form 0^0, then you need
  538.     to know that limits of that form are called "indeterminate forms",
  539.     and that you need to use a special technique such as L'Hopital's
  540.     rule to evaluate them. Otherwise, 0^0=1 seems to be the most
  541.     useful choice for 0^0. This convention allows us to extend 
  542.     definitions in different areas of mathematics that otherwise would
  543.     require treating 0 as a special case. Notice that 0^0 is a
  544.     discontinuity of the function x^y. 
  545.    
  546.     Rotando & Korn show that if f and g are real functions that vanish
  547.     at the origin and are _analytic_ at 0 (infinitely differentiable is
  548.     not sufficient), then f(x)^g(x) approaches 1 as x approaches 0 from
  549.     the right.
  550.  
  551.     From Concrete Mathematics p.162 (R. Graham, D. Knuth, O. Patashnik):
  552.  
  553.     "Some textbooks leave the quantity 0^0 undefined, because the
  554.     functions x^0 and 0^x have different limiting values when x 
  555.     decreases to 0. But this is a mistake. We must define
  556.  
  557.        x^0 = 1 for all x,
  558.  
  559.     if the binomial theorem is to be valid when x=0, y=0, and/or x=-y.
  560.     The theorem is too important to be arbitrarily restricted! By
  561.     contrast, the function 0^x is quite unimportant." 
  562.  
  563.     Published by Addison-Wesley, 2nd printing Dec, 1988.
  564.  
  565.     References:
  566.  
  567.     H. E. Vaughan, The expression '0^0', Mathematics Teacher 63 (1970),
  568.     pp.111-112.
  569.  
  570.     Louis M. Rotando & Henry Korn, "The Indeterminate Form 0^0",
  571.     Mathematics Magazine, Vol. 50, No. 1 (January 1977), pp. 41-42.
  572.  
  573.     L. J. Paige, A note on indeterminate forms, American Mathematical 
  574.     Monthly, 61 (1954), 189-190; reprinted in the Mathematical 
  575.     Association of America's 1969 volume, Selected Papers on Calculus,
  576.     pp. 210-211.
  577.  
  578.  
  579.  
  580. 9Q:  Why is 0.9999... = 1?
  581.  
  582. A:  In modern mathematics, the string of symbols "0.9999..." is
  583.     understood to be a shorthand for "the infinite sum  9/10 + 9/100
  584.     + 9/1000 + ...." This in turn is shorthand for "the limit of the
  585.     sequence of real numbers 9/10, 9/10 + 9/100, 9/10 + 9/100 + 9/1000,
  586.     ..."  Using the well-known epsilon-delta definition of limit, one
  587.     can easily show that this limit is 1.  The statement that 
  588.     0.9999...  = 1 is simply an abbreviation of this fact.
  589.  
  590.                     oo              m
  591.                    ---   9         ---   9
  592.         0.999... = >   ---- = lim  >   ----
  593.                    --- 10^n  m->oo --- 10^n
  594.                    n=1             n=1
  595.         Choose epsilon > 0. Suppose delta = 1/-log_10 epsilon, thus
  596.         epsilon = 10^(-1/delta). For every m>1/delta we have that
  597.  
  598.         |  m           |
  599.         | ---   9      |     1          1
  600.         | >   ---- - 1 | = ---- < ------------ = epsilon
  601.         | --- 10^n     |   10^m   10^(1/delta)
  602.         | n=1          |
  603.  
  604.         So by the (epsilon-delta) definition of the limit we have
  605.                m
  606.               ---   9
  607.          lim  >   ---- = 1
  608.         m->oo --- 10^n
  609.               n=1
  610.  
  611.  
  612.     An *informal* argument could be given by noticing that the following
  613.     sequence of "natural" operations has as a consequence 1 = 0.9999....
  614.     Therefore it's "natural" to assume 1 = 0.9999.....
  615.  
  616.              x = 0.99999....
  617.            10x = 9.99999....
  618.        10x - x = 9 
  619.             9x = 9                
  620.              x = 1
  621.     Thus
  622.              1 = 0.99999....
  623.  
  624.     References:
  625.  
  626.     E. Hewitt & K. Stromberg, Real and Abstract Analysis, 
  627.     Springer-Verlag, Berlin, 1965.
  628.  
  629.     W. Rudin, Principles of Mathematical Analysis, McGraw-Hill, 1976.
  630.  
  631.  
  632.  
  633. 10Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  634.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  635.     decimal places?
  636.  
  637.  
  638. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  639.     and they can compute another 20,000-500,000 overnight (range depends
  640.     on hardware platform).
  641.  
  642.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  643.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  644.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  645.  
  646.     New York's Chudnovsky brothers have computed 2 billion digits of pi
  647.     on a homebrew computer.
  648.  
  649.     References :
  650.     (This is a short version for a more comprehensive list contact
  651.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  652.  
  653.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  654.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  655.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  656.  
  657.     P. Beckman
  658.     A history of pi
  659.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  660.  
  661.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  662.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  663.     functions
  664.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  665.  
  666.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  667.     More quadratically converging algorithms for pi
  668.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  669.  
  670.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  671.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  672.     computational complexity
  673.     Wiley, New York, 1987
  674.  
  675.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  676.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  677.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  678.     pp. 231-244
  679.  
  680.     Y. Kanada and Y. Tamura
  681.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  682.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  683.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  684.  
  685.     Morris Newman and Daniel Shanks
  686.     On a sequence arising in series for pi
  687.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  688.     pp. 199-217
  689.  
  690.     E. Salamin
  691.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  692.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  693.  
  694.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  695.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  696.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  697.  
  698.     Daniel Shanks
  699.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  700.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  701.  
  702.     David Singmaster
  703.     The legal values of pi
  704.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  705.  
  706.     Stan Wagon
  707.     Is pi normal?
  708.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  709.  
  710.     J.W. Wrench, Jr.
  711.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  712.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  713.  
  714.  
  715.  
  716.  
  717. 11Q:  There are three doors, and there is a car hidden behind one
  718.     of them, Master Mind and other games ..
  719.  
  720. A:  Read frequently asked questions from rec.puzzles, where the
  721.     problem is solved and carefully explained. (The Monty
  722.     Hall problem). MANY OTHER "MATHEMATICAL" GAMES ARE EXPLAINED
  723.     IN THE REC.PUZZLES FAQ. READ IT BEFORE ASKING IN SCI.MATH.
  724.  
  725.     Your chance of winning is 2/3 if you switch and 1/3 if you don't.
  726.     For a full explanation from the frequently asked questions list
  727.     for rec.puzzles, send to the address archive-request@questrel.com
  728.     an email message consisting of the text
  729.  
  730.                send switch
  731.  
  732.  
  733.     Also any other FAQ list can be obtained through anonymous ftp from
  734.     rtfm.mit.edu.
  735.  
  736.     References
  737.     
  738.     American Mathematical Monthly, January 1992.
  739.  
  740.  
  741.     For the game of Master Mind it has been proven that no more than
  742.     five moves are required in the worst case. For references look at
  743.  
  744.     One such algorithm was published in the Journal of Recreational
  745.     Mathematics; in '70 or '71 (I think), which always solved the
  746.     4 peg problem in 5 moves. Knuth later published an algorithm which
  747.     solves the problem in a shorter # of moves - on average - but can
  748.     take six guesses on certain combinations.
  749.  
  750.  
  751.  
  752.     Donald E. Knuth, The Computer as Master Mind, J. Recreational Mathematics
  753.     9 (1976-77), 1-6.
  754.  
  755.  
  756.  
  757. 12Q:  What is the formula for the "Surface Area" of a sphere in
  758.     Euclidean N-Space.  That is, of course, the volume of the N-1
  759.     solid which comprises the boundary of an N-Sphere.  
  760.  
  761. A:  The volume of a ball is the easiest formula to remember:  It's r^N
  762.     times pi^(N/2)/(N/2)!.  The only hard part is taking the factorial
  763.     of a half-integer.  The real definition is that x! = Gamma(x+1), but
  764.     if you want a formula, it's:
  765.  
  766.     (1/2+n)! = sqrt(pi)*(2n+2)!/(n+1)!/4^(n+1)
  767.  
  768.     To get the surface area, you just differentiate to get
  769.     N*pi^(N/2)/(N/2)!*r^(N-1).
  770.  
  771.     There is a clever way to obtain this formula using Gaussian
  772.     integrals. First, we note that the integral over the line of
  773.     e^(-x^2) is sqrt(pi).  Therefore the integral over N-space of
  774.     e^(-x_1^2-x_2^2-...-x_N^2) is sqrt(pi)^n.  Now we change to
  775.     spherical coordinates.  We get the integral from 0 to infinity 
  776.     of V*r^(N-1)*e^(-r^2), where V is the surface volume of a sphere.
  777.     Integrate by parts repeatedly to get the desired formula.
  778.  
  779. 13Q:  Does anyone know a name (or a closed form) for
  780.   
  781.       f(x)^f(x)=x
  782.  
  783.  
  784.     Solving for f one finds a "continued fraction"-like answer
  785.  
  786.  
  787.                f(x) = log x
  788.                       -----
  789.                       log (log x
  790.                           ------
  791.                               ...........
  792.  
  793. A:  This question has been repeated here from time to time over the 
  794.     years, and no one seems to have heard of any published work on it,
  795.     nor a published name for it (D. Merrit proposes "lx" due to its
  796.     (very) faint resemblance to log). It's not an analytic function.
  797.  
  798.     The "continued fraction" form for its numeric solution is highly 
  799.     unstable in the region of its minimum at 1/e (because the graph is
  800.     quite flat there yet logarithmic approximation oscillates wildly),
  801.     although it converges fairly quickly elsewhere. To compute its value
  802.     near 1/e, use the bisection method which gives good results. Bisection
  803.     in other regions converges much more slowly than the "logarithmic 
  804.     continued fraction" form, so a hybrid of the two seems suitable.
  805.     Note that it's dual valued for the reals (and many valued complex
  806.     for negative reals).
  807.  
  808.     A similar function is a "built-in" function in MAPLE called W(x).
  809.     MAPLE considers a solution in terms of W(x) as a closed form (like
  810.     the erf function). W is defined as W(x)*exp(W(x))=x.
  811.  
  812.     An extensive treatise on the known facts of Lambert's W function 
  813.     is available for anonymous ftp at daisy.uwaterloo.ca in the 
  814.     maple/5.2/doc/LambertW.ps.
  815.  
  816. 14Q:  The existence of a projective plane of order 10 has long been
  817.     an outstanding problem in discrete mathematics and finite geometry.
  818.  
  819. A:  More precisely, the question is: is it possible to define 111 sets
  820.     (lines) of 11 points each such that:
  821.     for any pair of points there is precisely one line containing them
  822.     both and for any pair of lines there is only one point common to
  823.     them both.
  824.     Analogous questions with n^2 + n + 1 and n + 1 instead of 111 and 11
  825.     have been positively answered only in case n is a prime power.
  826.     For n=6 it is not possible, more generally if n is congruent to 1
  827.     or 2 mod 4 and can not be written as a sum of two squares, then an
  828.     FPP of order n does not exist.  The n=10 case has been settled as
  829.     not possible either by Clement Lam. See Am. Math. Monthly,
  830.     recent issue. As the "proof" took several years of computer search
  831.     (the equivalent of 2000 hours on a Cray-1) it can be called the most
  832.     time-intensive computer assisted single proof.
  833.     The final steps were ready in January 1989.
  834.  
  835.     References
  836.  
  837.     R. H. Bruck and H. J. Ryser, "The nonexistence of certain finite
  838.     projective planes," Canadian Journal of Mathematics, vol. 1 (1949),
  839.     pp 88-93.
  840.  
  841.  
  842.  
  843. 15Q:  Is there a formula to determine the day of the week, given
  844.     the month, day and year? 
  845.  
  846. A:  Here is the standard method.
  847.  
  848.      A. Take the last two digits of the year.
  849.      B. Divide by 4, discarding any fraction.
  850.      C. Add the day of the month.
  851.      D. Add the month's key value: JFM AMJ JAS OND
  852.                                    144 025 036 146
  853.      E. Subtract 1 for January or February of a leap year.
  854.      F. For a Gregorian date, add 0 for 1900's, 6 for 2000's, 4 for 1700's, 2
  855.            for 1800's; for other years, add or subtract multiples of 400.
  856.      G. For a Julian date, add 1 for 1700's, and 1 for every additional
  857.       century you go back.
  858.      H. Add the last two digits of the year.
  859.  
  860.     Now take the remainder when you divide by 7; 1 is Sunday, the first day
  861.     of the week, 2 is Monday, and so on.
  862.  
  863.     Another formula is:
  864.  
  865.     W == k + [2.6m - 0.2] - 2C + Y + [Y/4] + [C/4]     mod 7
  866.        where [] denotes the integer floor function (round down),
  867.        k is day (1 to 31)
  868.        m is month (1 = March, ..., 10 = December, 11 = Jan, 12 = Feb)
  869.                      Treat Jan & Feb as months of the preceding year
  870.        C is century ( 1987 has C = 19)
  871.        Y is year    ( 1987 has Y = 87 except Y = 86 for jan & feb)
  872.        W is week day (0 = Sunday, ..., 6 = Saturday)
  873.  
  874.     This formula is good for the Gregorian calendar
  875.     (introduced 1582 in parts of Europe, adopted in 1752 in Great Britain
  876.     and its colonies, and on various dates in other countries).
  877.  
  878.     It handles century & 400 year corrections, but there is still a 
  879.     3 day / 10,000 year error which the Gregorian calendar does not take.
  880.     into account.  At some time such a correction will have to be 
  881.     done but your software will probably not last that long :-)   !
  882.  
  883.  
  884.     References:
  885.  
  886.     Winning Ways  by Conway, Guy, Berlekamp is supposed to have it.
  887.  
  888.     Martin Gardner in "Mathematical Carnival".
  889.  
  890.     Michael Keith and Tom Craver, "The Ultimate Perpetual Calendar?",
  891.     Journal of Recreational Mathematics, 22:4, pp. 280-282, 1990.
  892.     
  893.     K. Rosen, "Elementary Number Theory",  p. 156.
  894.  
  895.  
  896.  
  897. 16Q:  What is the Axiom of Choice?  Why is it important? Why some articles
  898.     say "such and such is provable, if you accept the axiom of choice."?
  899.     What are the arguments for and against the axiom of choice?  
  900.  
  901.  
  902. A:  There are several equivalent formulations:
  903.  
  904.     -The Cartesian product of nonempty sets is nonempty, even
  905.     if the product is of an infinite family of sets.
  906.  
  907.     -Given any set S of mutually disjoint nonempty sets, there is a set C
  908.     containing a single member from each element of S.  C can thus be
  909.     thought of as the result of "choosing" a representative from each
  910.     set in S. Hence the name. 
  911.  
  912.     >Why is it important? 
  913.  
  914.     All kinds of important theorems in analysis require it.  Tychonoff's
  915.     theorem and the Hahn-Banach theorem are examples. AC is equivalent
  916.     to the thesis that every set can be well-ordered.  Zermelo's first
  917.     proof of this in 1904 I believe was the first proof in which AC was
  918.     made explicit.  AC is especially handy for doing infinite cardinal
  919.     arithmetic, as without it the most you get is a *partial* ordering
  920.     on the cardinal numbers.  It also enables you to prove such 
  921.     interesting general facts as that n^2 = n for all infinite cardinal 
  922.     numbers.
  923.  
  924.     > What are the arguments for and against the axiom of choice?
  925.  
  926.     The axiom of choice is independent of the other axioms of set theory
  927.     and can be assumed or not as one chooses.
  928.  
  929.     (For) All ordinary mathematics uses it.
  930.  
  931.     There are a number of arguments for AC, ranging from a priori to 
  932.     pragmatic.  The pragmatic argument (Zermelo's original approach) is
  933.     that it allows you to do a lot of interesting mathematics.  The more
  934.     conceptual argument derives from the "iterative" conception of set
  935.     according to which sets are "built up" in layers, each layer consisting
  936.     of all possible sets that can be constructed out of elements in the
  937.     previous layers.  (The building up is of course metaphorical, and is
  938.     suggested only by the idea of sets in some sense consisting of their 
  939.     members; you can't have a set of things without the things it's a set
  940.     of).  If then we consider the first layer containing a given set S of
  941.     pairwise disjoint nonempty sets, the argument runs, all the elements 
  942.     of all the sets in S must exist at previous levels "below" the level
  943.     of S.  But then since each new level contains *all* the sets that can
  944.     be formed from stuff in previous levels, it must be that at least by
  945.     S's level all possible choice sets have already been *formed*. This
  946.     is more in the spirit of Zermelo's later views (c. 1930). 
  947.  
  948.     (Against) It has some supposedly counterintuitive consequences,
  949.     such as the Banach-Tarski paradox. (See next question)
  950.  
  951.     Arguments against AC typically target its nonconstructive character:
  952.     it is a cheat because it conjures up a set without providing any
  953.     sort of *procedure* for its construction--note that no *method* is
  954.     assumed for picking out the members of a choice set.  It is thus the
  955.     platonic axiom par excellence, boldly asserting that a given set
  956.     will always exist under certain circumstances in utter disregard of
  957.     our ability to conceive or construct it.  The axiom thus can be seen
  958.     as marking a divide between two opposing camps in the philosophy of
  959.     mathematics:  those for whom mathematics is essentially tied to our
  960.     conceptual capacities, and hence is something we in some sense
  961.     *create*, and those for whom mathematics is independent of any such
  962.     capacities and hence is something we *discover*.  AC is thus of 
  963.     philosophical as well as mathematical significance.
  964.  
  965.  
  966.     It should be noted that some interesting mathematics has come out of an
  967.     incompatible axiom, the Axiom of Determinacy (AD).  AD asserts that
  968.     any two-person game without ties has a winning strategy for the first or
  969.     second player.  For finite games, this is an easy theorem; for infinite
  970.     games with duration less than \omega and move chosen from a countable set,
  971.     you can prove the existence of a counter-example using AC.  Jech's book
  972.     "The Axiom of Choice" has a discussion.  
  973.  
  974.     An example of such a game goes as follows.  
  975.  
  976.        Choose in advance a set of infinite sequences of integers; call it A.
  977.        Then I pick an integer, then you do, then I do, and so on forever 
  978.        (i.e. length \omega).  When we're done, if the sequence of integers
  979.        we've chosen is in A, I win; otherwise you win.  AD says that one of
  980.        us must have a winning strategy.  Of course the strategy, and which
  981.        of us has it, will depend upon A.
  982.  
  983.  
  984.     From a philosophical/intuitive/pedagogical standpoint, I think Bertrand
  985.     Russell's shoe/sock analogy has a lot to recommend it.  Suppose you have an
  986.     infinite collection of pairs of shoes.  You want to form a set with one
  987.     shoe from each pair.  AC is not necessary, since you can define the set as
  988.     "the set of all left shoes". (Technically, we're using the axiom of
  989.     replacement, one of the basic axioms of Zermelo-Fraenkel (ZF) set theory.)
  990.     If instead you want to form a set containing one sock from each pair of an
  991.     infinite collection of pairs of socks, you now need AC.
  992.  
  993.  
  994.     References:
  995.  
  996.     Maddy, "Believing the Axioms, I", J. Symb. Logic, v. 53, no. 2, June 1988,
  997.     pp. 490-500, and "Believing the Axioms II" in v.53, no. 3.  
  998.  
  999.     Gregory H. Moore, Zermelo's Axiom of Choice, New York, Springer-Verlag,
  1000.     1982.
  1001.  
  1002.     H. Rubin and J. E. Rubin, Equivalents of the Axiom of Choice, Amsterdam,
  1003.      North-Holland, 1963.
  1004.  
  1005.     A. Fraenkel, Y.  Bar-Hillel, and A. Levy, Foundations of Set Theory, 
  1006.     Amsterdam, North-Holland, 1984 (2nd edition, 2nd printing), pp. 53-86.
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010. 17Q:  Cutting a sphere into pieces of larger volume. Is it possible
  1011.     to cut a sphere into a finite number of pieces and reassemble 
  1012.     into a solid of twice the volume?
  1013.  
  1014. A:  This question has many variants and it is best answered explicitly.
  1015.     Given two polygons of the same area, is it always possible to
  1016.     dissect one into a finite number of pieces which can be reassembled
  1017.     into a replica of the other?
  1018.  
  1019.     Dissection theory is extensive.  In such questions one needs to
  1020.     specify
  1021.  
  1022.      (A) what a "piece" is,  (polygon?  Topological disk?  Borel-set? 
  1023.          Lebesgue-measurable set?  Arbitrary?)
  1024.  
  1025.      (B) how many pieces are permitted (finitely many? countably? uncountably?)
  1026.  
  1027.      (C) what motions are allowed in "reassembling" (translations?
  1028.          rotations?  orientation-reversing maps?  isometries?  
  1029.          affine maps?  homotheties?  arbitrary continuous images?  etc.)
  1030.  
  1031.      (D) how the pieces are permitted to be glued together.  The
  1032.          simplest notion is that they must be disjoint.  If the pieces
  1033.          are polygons [or any piece with a nice boundary] you can permit
  1034.          them to be glued along their boundaries, ie the interiors of the
  1035.          pieces disjoint, and their union is the desired figure.
  1036.  
  1037.  
  1038.     Some dissection results
  1039.  
  1040.      1) We are permitted to cut into FINITELY MANY polygons, to TRANSLATE
  1041.         and ROTATE the pieces, and to glue ALONG BOUNDARIES;
  1042.         then Yes, any two equal-area polygons are equi-decomposable.
  1043.  
  1044.         This theorem was proven by Bolyai and Gerwien independently, and has
  1045.         undoubtedly been independently rediscovered many times.  I would not
  1046.         be surprised if the Greeks knew this.
  1047.  
  1048.         The Hadwiger-Glur theorem implies that any two equal-area polygons are
  1049.         equi-decomposable using only TRANSLATIONS and ROTATIONS BY 180
  1050.         DEGREES. 
  1051.  
  1052.      2) THM (Hadwiger-Glur, 1951) Two equal-area polygons P,Q are
  1053.         equi-decomposable by TRANSLATIONS only, iff we have equality of these
  1054.         two functions:     PHI_P() = PHI_Q()
  1055.         Here, for each direction v (ie, each vector on the unit circle in the
  1056.         plane), let PHI_P(v) be the sum of the lengths of the edges of P which
  1057.         are perpendicular to v, where for such an edge, its length is positive
  1058.         if v is an outward normal to the edge and is negative if v is an 
  1059.         inward normal to the edge.
  1060.  
  1061.  
  1062.      3) In dimension 3, the famous "Hilbert's third problem" is:
  1063.      
  1064.        "If P and Q are two polyhedra of equal volume, are they
  1065.         equi-decomposable by means of translations and rotations, by
  1066.         cutting into finitely many sub-polyhedra, and gluing along
  1067.         boundaries?" 
  1068.  
  1069.         The answer is "NO" and was proven by Dehn in 1900, just a few months
  1070.         after the problem was posed. (Ueber raumgleiche polyeder, Goettinger 
  1071.         Nachrichten 1900, 345-354). It was the first of Hilbert's problems
  1072.         to be solved. The proof is nontrivial but does *not* use the axiom 
  1073.         of choice.
  1074.  
  1075.         "Hilbert's Third Problem", by V.G.Boltianskii, Wiley 1978.
  1076.  
  1077.  
  1078.      4) Using the axiom of choice on non-countable sets, you can prove
  1079.         that a solid sphere can be dissected into a finite number of
  1080.         pieces that can be reassembled to two solid spheres, each of
  1081.         same volume of the original. No more than nine pieces are needed.
  1082.  
  1083.         This construction is known as the "Banach-Tarski" paradox or the 
  1084.         "Banach-Tarski-Hausdorff" paradox (Hausdorff did an early version of
  1085.         it).  The "pieces" here are non-measurable sets, and they are
  1086.         assembled *disjointly* (they are not glued together along a boundary,
  1087.         unlike the situation in Bolyai's thm.)
  1088.          An excellent book on Banach-Tarski is:
  1089.  
  1090.         "The Banach-Tarski Paradox", by Stan Wagon, 1985, Cambridge
  1091.         University Press.
  1092.  
  1093.          Also read in the Mathematical Intelligencer an article on
  1094.         the Banach-Tarski Paradox.
  1095.  
  1096.         The pieces are not (Lebesgue) measurable, since measure is preserved
  1097.         by rigid motion. Since the pieces are non-measurable, they do not
  1098.         have reasonable boundaries. For example, it is likely that each piece's
  1099.         topological-boundary is the entire ball.
  1100.  
  1101.         The full Banach-Tarski paradox is stronger than just doubling the
  1102.         ball.  It states:
  1103.  
  1104.      5) Any two bounded subsets (of 3-space) with non-empty interior, are
  1105.         equi-decomposable by translations and rotations.
  1106.  
  1107.         This is usually illustrated by observing that a pea can be cut up
  1108.         into finitely pieces and reassembled into the Earth.
  1109.  
  1110.         The easiest decomposition "paradox" was observed first by Hausdorff:
  1111.  
  1112.      6) The unit interval can be cut up into COUNTABLY many pieces which,
  1113.         by *translation* only, can be reassembled into the interval of
  1114.         length 2.
  1115.  
  1116.         This result is, nowadays, trivial, and is the standard example of a
  1117.         non-measurable set, taught in a beginning graduate class on measure
  1118.         theory.
  1119.  
  1120.  
  1121.         References:
  1122.  
  1123.         In addition to Wagon's book above, Boltyanskii has written at least
  1124.         two works on this subject.  An elementary one is:
  1125.  
  1126.           "Equivalent and equidecomposable figures"
  1127.  
  1128.         in Topics in Mathematics published by D.C. HEATH AND CO., Boston.  It
  1129.         is a translation from the 1956 work in Russian.   
  1130.  
  1131.           Also, the article "Scissor Congruence" by Dubins, Hirsch and ?,
  1132.         which appeared about 20 years ago in the Math Monthly, has a pretty
  1133.         theorem on decomposition by Jordan arcs.
  1134.  
  1135.  
  1136.         ``Banach and Tarski had hoped that the physical absurdity of this
  1137.         theorem would encourage mathematicians to discard AC. They were 
  1138.         dismayed when the response of the math community was `Isn't AC great?
  1139.         How else could we get such counterintuitive results?' ''
  1140.  
  1141.  
  1142. 18Q:   Is there a theory of quaternionic analytic functions, that is, a four-
  1143.      dimensional analog to the theory of complex analytic functions?
  1144.     
  1145. A.   Yes.   This was developed in the 1930s by the mathematician
  1146.      Fueter.   It is based on a generalization of the Cauchy-Riemann
  1147.      equations, since the possible alternatives of power series expansions
  1148.      or quaternion differentiability do not produce useful theories.
  1149.      A number of useful integral theorems follow from the theory.
  1150.      Sudbery provides an excellent review.  Deavours covers some of the same
  1151.      material less thoroughly.   Brackx discusses a further generalization
  1152.      to arbitrary Clifford algebras.
  1153.  
  1154.  
  1155.       Anthony Sudbery, Quaternionic Analysis, Proc. Camb. Phil. Soc.,
  1156.       vol. 85, pp 199-225, 1979.
  1157.  
  1158.       Cipher A. Deavours, The Quaternion Calculus, Am. Math. Monthly,
  1159.       vol. 80, pp 995-1008, 1973.
  1160.  
  1161.       F. Brackx and R. Delanghe and F. Sommen, Clifford analysis,
  1162.       Pitman, 1983.
  1163.  
  1164.  
  1165. 19Q:  What is the Erdos Number?
  1166.  
  1167.      Form an undirected graph where the vertices are academics, and an
  1168.      edge connects academic X to academic Y if X has written a paper
  1169.      with Y.  The Erdos number of X is the length of the shortest path
  1170.      in this graph connecting X with Erdos.
  1171.  
  1172.      What is the Erdos Number of X ? for a few selected X in {Math,physics}
  1173.  
  1174.      Erdos has Erdos number 0.  Co-authors of Erdos have Erdos number 1.
  1175.      Einstein has Erdos number 2, since he wrote a paper with Ernst Straus,
  1176.      and Straus wrote many papers with Erdos.
  1177.  
  1178.      Why people care about it?
  1179.  
  1180.      Nobody seems to have a reasonable answer...
  1181.  
  1182.      Who is Paul Erdos? 
  1183.  
  1184.      Paul Erdos is an Hungarian mathematician, he obtained his PhD
  1185.      from the University of Manchester and has spent most of his 
  1186.      efforts tackling "small" problems and conjectures related to
  1187.      graph theory, combinatorics, geometry and number theory.
  1188.  
  1189.      He is one of the most prolific publishers of papers; and is
  1190.      also and indefatigable traveller.
  1191.  
  1192.  
  1193.      References:
  1194.  
  1195.       Caspar Goffman, And what is your Erdos number?, American Mathematical
  1196.       Monthly v. 76 (1969), p. 791.
  1197.  
  1198.  
  1199. 20Q:  Does there exist a number that is perfect and odd?
  1200.  
  1201.      A given number is perfect if it is equal to the sum of all its proper 
  1202.      divisors. This question was first posed by Euclid in ancient Greece.
  1203.      This question is still open.  Euler proved that if  N  is an odd
  1204.      perfect number, then in the prime power decomposition of N, exactly 
  1205.      one exponent is congruent to 1 mod 4 and all the other exponents are
  1206.      even. Furthermore, the prime occurring to an odd power must itself be
  1207.      congruent to 1 mod 4.  A sketch of the proof appears in Exercise 87,
  1208.      page 203 of Underwood Dudley's Elementary Number Theory, 2nd ed.  
  1209.      It has been shown that there are no odd perfect numbers < 10^300.
  1210.  
  1211.  
  1212.  
  1213. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics? #
  1214.  
  1215.      Nobel prizes were created by the will of Alfred Nobel, a notable
  1216.      swedish chemist.
  1217.  
  1218.      One of the most common --and unfounded-- reasons as to why Nobel
  1219.      decided against a Nobel prize in math is that [a woman he proposed
  1220.      to/his wife/his mistress] [rejected him beacuse of/cheated him
  1221.      with] a famous mathematician. Gosta Mittag-Leffler is often claimed
  1222.      to be the guilty party.
  1223.      
  1224.      There is no historical evidence to support the story.
  1225.  
  1226.      For one, Mr. Nobel was never married.
  1227.  
  1228.      There are more credible reasons as to why there is no Nobel prize
  1229.      in math. Chiefly among them is simply the fact he didn't care much
  1230.      for mathematics, and that it was not considered a practical 
  1231.      science from which humanity could benefit (a chief purpose
  1232.      for creating the Nobel Foundation).
  1233.  
  1234.  
  1235.      Here are some relevant facts:
  1236.  
  1237.      1. Nobel never married, hence no ``wife". (He did have a mistress,
  1238.      a Viennese woman named Sophie Hess.)
  1239.  
  1240.      2. Gosta Mittag-Leffler was an important mathematician in Sweden
  1241.      in the late 19th-early 20th century.  He was the founder of the
  1242.      journal Acta Mathematica, played an important role in helping the
  1243.      career of Sonya Kovalevskaya, and was eventually head of the
  1244.      Stockholm Hogskola, a technical institute. However, it seems
  1245.      highly unlikely that he would have been a leading candidate for
  1246.      an early Nobel Prize in mathematics, had there been one -- there
  1247.      were guys like Poincare and Hilbert around, after all.
  1248.  
  1249.      3.  There is no evidence that Mittag-Leffler
  1250.      had much contact with Alfred Nobel (who resided in Paris
  1251.      during the latter part of his life), still less that there was
  1252.      animosity between them for whatever reason.  To the contrary,
  1253.      towards the end of Nobel's life Mittag-Leffler was engaged in
  1254.      ``diplomatic" negotiations to try to persuade Nobel to designate
  1255.      a substantial part of his fortune to the Hogskola. It seems hardly
  1256.      likely that he would have undertaken this if there was prior
  1257.      bad blood between them.  Although initially Nobel seems to have
  1258.      intended to do this, eventually he came up with the Nobel Prize
  1259.      idea -- much to the disappointment of the Hogskola, not to mention
  1260.      Nobel's relatives and Fraulein Hess.
  1261.  
  1262.      According to the very interesting study by Elisabeth Crawford,
  1263.      ``The Beginnings of the Nobel Institution", Cambridge Univ. Press,
  1264.      1984, pages 52-53:
  1265.  
  1266.      ``Although it is not known how those in responsible positions
  1267.      at the Hogskola came to believe that a *large* bequest was
  1268.      forthcoming, this indeed was the expectation, and the
  1269.      disappointment was keen when it was announced early in 1897 that
  1270.      the Hogskola had been left out of Nobel's final will in 1895.
  1271.      Recriminations followed, with both Pettersson and Arrhenius 
  1272.      [academic rivals of Mittag-Leffler in the administration of the
  1273.      Hogskola] letting it be known that Nobel's dislike for 
  1274.      Mittag-Leffler had brought about what Pettersson termed the
  1275.      `Nobel Flop'.  This is only of interest because it may have
  1276.      contributed to the myth that Nobel had planned to institute a prize
  1277.      in mathematics but had refrained because of his antipathy to
  1278.      Mittag-Leffler or --in another version of the same story-- because
  1279.      of their rivalry for the affections of a woman...."
  1280.  
  1281.      4.  A final speculation concerning the psychological element.
  1282.      Would Nobel, sitting down to draw up his testament, presumably
  1283.      in a mood of great benevolence to mankind, have allowed a mere
  1284.      personal grudge to distort his idealistic plans for the monument
  1285.      he would leave behind?
  1286.      Nobel, an inventor and industrialist, did not create a prize in
  1287.      mathematics simply because he was not particularly interested
  1288.      in mathematics or theoretical science.  His will speaks of
  1289.      prizes for those ``inventions or discoveries" of greatest
  1290.      practical benefit to mankind.  (Probably as a result of this 
  1291.      language, the physics prize has been awarded for experimental work
  1292.      much more often than for advances in theory.)
  1293.  
  1294.      However, the story of some rivalry over a woman is obviously
  1295.      much more amusing, and that's why it will probably continue to
  1296.      be repeated.
  1297.  
  1298.    
  1299.      References:
  1300.  
  1301.      Mathematical Intelligencer, vol. 7 (3), 1985, p. 74.
  1302.  
  1303.      Elisabeth Crawford, ``The Beginnings of the Nobel Institution", 
  1304.      Cambridge Univ. Press, 1984.
  1305.  
  1306.  
  1307. 22Q.- General References and textbooks... #
  1308.  
  1309.      [a list of general references and most commonly used textbooks]
  1310.      [                                                             ]
  1311.       
  1312.  
  1313.  
  1314.  
  1315. --------------------------------------------------------------------------
  1316. Questions and Answers _Compiled_ by:
  1317.  
  1318. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1319. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  1320. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1321. -- 
  1322. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1323. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  1324. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1325.