home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Learning Curve / The Learning Curve (Weird Science, 1996).iso / mathematics / maths programs / maths_questions.text / mathematics.text < prev   
Encoding:
Text File  |  1995-02-15  |  60.4 KB  |  1,470 lines

  1.  
  2.  
  3. Archive-Name: sci-math-faq
  4. Version: $Id: sci-math-faq,v 4.5 93/07/19 15:55:00 $
  5.  
  6.  
  7. C A L L   F O R   C O N T R I B U T I O N S
  8.  
  9.  
  10. ***This FAQ list is about to undergo a major overhaul.***
  11.  
  12. It will be split in several parts, with a short introduction being posted
  13. weekly and the full version being posted monthly (instead of posting 
  14. 70K biweekly).
  15.  
  16. If there's a topic you think should be included send e-mail to
  17. alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  18.  
  19. Topics to be included: Questions 22, 24 and 25.
  20.  
  21.  
  22.  
  23. This is a list of Frequently Asked Questions for sci.math (version 4.5).
  24. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  25. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  26.  
  27. Changes and additions are marked with a # on the table of contents.
  28. This FAQ list (and most others, for that matter) is available via anonymous
  29. ftp at rtfm.mit.edu (18.70.0.224).
  30.  
  31. The list of contributors to this FAQ list is too large to include here;
  32. but thanks are due to all of them (you know who you are folks!).
  33.  
  34.              Table of Contents
  35.              -----------------
  36.  
  37.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of .. #
  38.  2Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  39.  3Q.- Values of Record Numbers      
  40.  4Q.- General Netiquette
  41.  5Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  42.  6Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  43.  7Q.- Fields Medal, general info ..
  44.  8Q.- 0^0=1. A comprehensive approach 
  45.  9Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  46. 10Q.- Digits of Pi, computation and references 
  47. 11Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  48.       other games .. 
  49. 12Q.- Surface and Volume of the n-ball  
  50. 13Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  51. 14Q.- Projective plane of order 10 ..   
  52. 15Q.- How to compute day of week of a given date 
  53. 16Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis? 
  54. 17Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume  
  55. 18Q.- Pointers to Quaternions
  56. 19Q.- Erdos Number 
  57. 20Q.- Odd Perfect Number 
  58. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics? 
  59. 22Q.- General References and textbooks... 
  60. 23Q.- Formula for prime numbers... #
  61. 24Q.- Interest Rate...
  62. 25Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  63.  
  64. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  65.     (There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that 
  66.     x^n + y^n = z^n)  
  67.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  68.     on the proof was found to be wrong. ...
  69.     (wlog we assume x,y,z to be relatively prime)
  70.  
  71. A:  The status of FLT has remained remarkably constant.  Every few
  72.     years, someone claims to have a proof ... but oh, wait, not quite.
  73.  
  74.     UPDATE.... UPDATE
  75.  
  76.     Andrew Wiles, a researcher at Princeton claims to have found
  77.     a proof. 
  78.  
  79.     The proof was presented in Cambridge, UK during a three day seminar 
  80.     to an audience including some of the leading experts in the field.
  81.  
  82.     The proof is long and cumbersome, but here are some of the first
  83.     few details:
  84.  
  85.     *From Ken Ribet:
  86.  
  87. Here is a brief summary of what Wiles said in his three lectures.
  88.  
  89. The method of Wiles borrows results and techniques from lots and lots
  90. of people.  To mention a few: Mazur, Hida, Flach, Kolyvagin, yours
  91. truly, Wiles himself (older papers by Wiles), Rubin...  The way he does
  92. it is roughly as follows.  Start with a mod p representation of the
  93. Galois group of Q which is known to be modular.  You want to prove that
  94. all its lifts with a certain property are modular.  This means that the
  95. canonical map from Mazur's universal deformation ring to its "maximal
  96. Hecke algebra" quotient is an isomorphism.  To prove a map like this is
  97. an isomorphism, you can give some sufficient conditions based on
  98. commutative algebra.  Most notably, you have to bound the order of a
  99. cohomology group which looks like a Selmer group for Sym^2 of the
  100. representation attached to a modular form.  The techniques for doing
  101. this come from Flach; you also have to use Euler systems a la
  102. Kolyvagin, except in some new geometric guise.
  103.  
  104. If you take an elliptic curve over Q, you can look at the
  105. representation of Gal on the 3-division points of the curve.  If you're
  106. lucky, this will be known to be modular, because of results of Jerry
  107. Tunnell (on base change).  Thus, if you're lucky, the problem I
  108. described above can be solved (there are most definitely some
  109. hypotheses to check), and then the curve is modular.  Basically, being
  110. lucky means that the image of the representation of Galois on
  111. 3-division points is GL(2,Z/3Z).
  112.  
  113. Suppose that you are unlucky, i.e., that your curve E has a rational
  114. subgroup of order 3.  Basically by inspection, you can prove that if it
  115. has a rational subgroup of order 5 as well, then it can't be
  116. semistable.  (You look at the four non-cuspidal rational points of
  117. X_0(15).)  So you can assume that E[5] is "nice." Then the idea is to
  118. find an E' with the same 5-division structure, for which E'[3] is
  119. modular.  (Then E' is modular, so E'[5] = E[5] is modular.)  You
  120. consider the modular curve X which parametrizes elliptic curves whose
  121. 5-division points look like E[5].  This is a "twist" of X(5).  It's
  122. therefore of genus 0, and it has a rational point (namely, E), so it's
  123. a projective line.  Over that you look at the irreducible covering
  124. which corresponds to some desired 3-division structure.  You use
  125. Hilbert irreducibility and the Cebotarev density theorem (in some way
  126. that hasn't yet sunk in) to produce a non-cuspidal rational point of X
  127. over which the covering remains irreducible.  You take E' to be the
  128. curve corresponding to this chosen rational point of X.
  129.  
  130.  
  131.     *From the previous version of the FAQ:
  132.  
  133.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  134.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  135.  
  136.     There is a very important and well known conjecture known as the
  137.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  138.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  139.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  140.     ABC conj.
  141.     
  142.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  143.     parameterized in terms of modular forms. 
  144.  
  145.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  146.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  147.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  148.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  149.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  150.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  151.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  152.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  153.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  154.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  155.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  156.     theorem].
  157.  
  158.     *From Karl Rubin:
  159.  
  160. Theorem.  If E is a semistable elliptic curve defined over Q,
  161.   then E is modular.
  162.  
  163. It has been known for some time, by work of Frey and Ribet, that
  164. Fermat follows from this.  If u^q + v^q + w^q = 0, then Frey had
  165. the idea of looking at the (semistable) elliptic curve
  166. y^2 = x(x-a^q)(x+b^q).  If this elliptic curve comes from a modular
  167. form, then the work of Ribet on Serre's conjecture shows that there
  168. would have to exist a modular form of weight 2 on Gamma_0(2).  But
  169. there are no such forms.
  170.  
  171. To prove the Theorem, start with an elliptic curve E, a prime p and let
  172.  
  173.      rho_p : Gal(Q^bar/Q) -> GL_2(Z/pZ)
  174.  
  175. be the representation giving the action of Galois on the p-torsion
  176. E[p].  We wish to show that a _certain_ lift of this representation
  177. to GL_2(Z_p) (namely, the p-adic representation on the Tate module
  178. T_p(E)) is attached to a modular form.  We will do this by using
  179. Mazur's theory of deformations, to show that _every_ lifting which
  180. 'looks modular' in a certain precise sense is attached to a modular form.
  181.  
  182. Fix certain 'lifting data', such as the allowed ramification,
  183. specified local behavior at p, etc. for the lift. This defines a
  184. lifting problem, and Mazur proves that there is a universal
  185. lift, i.e. a local ring R and a representation into GL_2(R) such
  186. that every lift of the appropriate type factors through this one.
  187.  
  188. Now suppose that rho_p is modular, i.e. there is _some_ lift
  189. of rho_p which is attached to a modular form.  Then there is
  190. also a hecke ring T, which is the maximal quotient of R with the
  191. property that all _modular_ lifts factor through T.  It is a
  192. conjecture of Mazur that R = T, and it would follow from this
  193. that _every_ lift of rho_p which 'looks modular' (in particular the
  194. one we are interested in) is attached to a modular form.
  195.  
  196. Thus we need to know 2 things:
  197.   (a)  rho_p is modular
  198.   (b)  R = T.
  199.  
  200. It was proved by Tunnell that rho_3 is modular for every elliptic
  201. curve.  This is because PGL_2(Z/3Z) = S_4.  So (a) will be satisfied
  202. if we take p=3.  This is crucial.
  203.  
  204. Wiles uses (a) to prove (b) under some restrictions on rho_p.  Using
  205. (a) and some commutative algebra (using the fact that T is Gorenstein,
  206. 'basically due to Mazur')  Wiles reduces the statement T = R to
  207. checking an inequality between the sizes of 2 groups.  One of these
  208. is related to the Selmer group of the symmetric sqaure of the given
  209. modular lifting of rho_p, and the other is related (by work of Hida)
  210. to an L-value.  The required inequality, which everyone presumes is
  211. an instance of the Bloch-Kato conjecture, is what Wiles needs to verify.
  212.  
  213. He does this using a Kolyvagin-type Euler system argument.  This is
  214. the most technically difficult part of the proof, and is responsible
  215. for most of the length of the manuscript.  He uses modular
  216. units to construct what he calls a 'geometric Euler system' of
  217. cohomology classes.  The inspiration for his construction comes
  218. from work of Flach, who came up with what is essentially the
  219. 'bottom level' of this Euler system.  But Wiles needed to go much
  220. farther than Flach did.  In the end, _under_certain_hypotheses_ on rho_p
  221. he gets a workable Euler system and proves the desired inequality.
  222. Among other things, it is necessary that rho_p is irreducible.
  223.  
  224. Suppose now that E is semistable.
  225.  
  226. Case 1.  rho_3 is irreducible.
  227. Take p=3.  By Tunnell's theorem (a) above is true.  Under these
  228. hypotheses the argument above works for rho_3, so we conclude
  229. that E is modular.
  230.  
  231. Case 2.  rho_3 is reducible.
  232. Take p=5.  In this case rho_5 must be irreducible, or else E
  233. would correspond to a rational point on X_0(15).  But X_0(15)
  234. has only 4 noncuspidal rational points, and these correspond to
  235. non-semistable curves.  _If_ we knew that rho_5 were modular,
  236. then the computation above would apply and E would be modular.
  237.  
  238. We will find a new semistable elliptic curve E' such that
  239. rho_{E,5} = rho_{E',5} and rho_{E',3} is irreducible.  Then
  240. by Case I, E' is modular.  Therefore rho_{E,5} = rho_{E',5}
  241. does have a modular lifting and we will be done.
  242.  
  243. We need to construct such an E'.  Let X denote the modular
  244. curve whose points correspond to pairs (A, C) where A is an
  245. elliptic curve and C is a subgroup of A isomorphic to the group
  246. scheme E[5].  (All such curves will have mod-5 representation
  247. equal to rho_E.)  This X is genus 0, and has one rational point
  248. corresponding to E, so it has infinitely many.  Now Wiles uses a
  249. Hilbert Irreducibility argument to show that not all rational
  250. points can be images of rational points on modular curves
  251. covering X, corresponding to degenerate level 3 structure
  252. (i.e. im(rho_3) not GL_2(Z/3)).  In other words, an E' of the
  253. type we need exists.  (To make sure E' is semistable, choose
  254. it 5-adically close to E.  Then it is semistable at 5, and at
  255. other primes because rho_{E',5} = rho_{E,5}.)
  256.     
  257.  
  258.  
  259. 2Q: Has the Four Colour Theorem been solved?
  260.     (Every planar map with regions of simple borders can be coloured 
  261.     with 4 colours in such a way that no two regions sharing a non-zero
  262.     length border have the same colour.)
  263.  
  264. A:  This theorem was proved with the aid of a computer in 1976.
  265.     The proof shows that if aprox. 1,936  basic forms of maps
  266.     can be coloured with four colours, then any given map can be
  267.     coloured with four colours. A computer program coloured this 
  268.     basic forms. So far nobody has been able to prove it without 
  269.     using a computer. In principle it is possible to emulate the 
  270.     computer proof by hand computations.
  271.  
  272.     References:
  273.  
  274.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  275.     Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 82, 1976 
  276.     pp.711-712.
  277.  
  278.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  279.     Illinois Journal of Mathematics, vol. 21, 1977, pp. 429-567.
  280.  
  281.     T. Saaty and Paul Kainen, The Four Colour Theorem: Assault and
  282.     Conquest, McGraw-Hill, 1977. Reprinted by Dover Publications 1986. 
  283.  
  284.     K. Appel and W. Haken, Every Planar Map is Four Colourable,
  285.     Contemporary Mathematics, vol. 98, American Mathematical Society,
  286.     1989, pp.741.
  287.  
  288.     F. Bernhart, Math Reviews. 91m:05007, Dec. 1991. (Review of Appel
  289.     and Haken's book).
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294. 3Q:  What are the values of:
  295.  
  296. largest known Mersenne prime?
  297.  
  298. A:  It is 2^756839-1. It was discovered by a Cray-2 in England in 1992.
  299.     It has 227,832 digits.
  300.  
  301.     
  302. largest known prime?
  303.  
  304. A:  The largest known prime is the Mersenne prime described above.
  305.     The previous record holder, and the largest known non-Mersenne prime,
  306.     is 391581*2^216193-1. See Brown, Noll, Parady, Smith, Smith, and
  307.     Zarantonello, Letter to the editor, American Mathematical Monthly,
  308.     vol. 97, 1990, p. 214. Throughout history, the largest known prime
  309.     has almost always been a Mersenne prime; the period between Brown
  310.     et al's discovery in Aug 1989 and Slowinski & Gage's in March 1992
  311.     is one of the few exceptions.
  312.  
  313.     
  314. largest known twin primes?
  315.     
  316. A:  The largest known twin primes are 4650828 * 1001 * 10^3429  +/- 1.
  317.     They were found by H. Dubner
  318.  
  319.     For an article by the previous record holders see:
  320.  
  321.     B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  322.     Smith, Noll and Brown.
  323.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  324.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  325.  
  326.  
  327. largest Fermat number with known factorization?
  328.  
  329. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  330.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  331.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  332.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  333.  
  334.  
  335. Are there good algorithms to factor a given integer?
  336.  
  337. A:  There are several that have subexponential estimated 
  338.     running time, to mention just a few:
  339.  
  340.         Continued fraction algorithm,
  341.         Class group method,
  342.         Quadratic sieve algorithm,
  343.         Elliptic curve algorithm,
  344.         Number field sieve,
  345.         Dixon's random squares algorithm,
  346.         Valle's two-thirds algorithm,
  347.         Seysen's class group algorithm,
  348.  
  349.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  350.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  351.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  352.     673-715, 1990.
  353.  
  354.  
  355. List of record numbers?
  356.  
  357. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  358.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  359.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  360.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  361.     (greater than 1000 digits).
  362.  
  363.  
  364. What is the current status on Mersenne primes?
  365.  
  366. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  367.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  368.     known.
  369.  
  370.     nr            p                                 year  by
  371.     -----------------------------------------------------------------
  372.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  373.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  374.      8          31                       1750  Euler
  375.      9          61                       1883  Pervouchine
  376.     10          89                       1911  Powers
  377.     11          107                      1914  Powers
  378.     12          127                      1876  Lucas
  379.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  380.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  381.     18          3217                     1957  Riesel
  382.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  383.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  384.     24          19937                    1971  Tuckerman
  385.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  386.     26          23209                    1979  Noll
  387.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  388.     28          86243                    1982  Slowinski
  389.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  390.     30          132049                   1983  Slowinski
  391.     31          216091                   1985  Slowinski
  392.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  393.  
  394.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  395.     test:
  396.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  397.          u := 4
  398.          for i from 3 to p do
  399.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  400.          od
  401.          if u == 0 then
  402.             2^p-1 is prime
  403.          else
  404.             2^p-1 is composite
  405.          fi
  406.  
  407.    The following ranges have been checked completely:
  408.     2 - 355K and  430K - 520K
  409.  
  410.    More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  411.       G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  412.       fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  413.  
  414.  
  415. (Please send updates to alopez-o@maytag.UWaterloo.ca)
  416.  
  417.  
  418.  
  419.  
  420. 4Q:  I think I proved <insert big conjecture>.    OR
  421.     I think I have a bright new idea.
  422.  
  423.     What should I do?
  424.  
  425. A:  Are you an expert in the area? If not, please ask first local
  426.     gurus for pointers to related work (the "distribution" field
  427.     may serve well for this purposes). If after reading them you still
  428.     think your *proof is correct*/*idea is new* then send it to the net.
  429.  
  430.  
  431. 5Q:  I have this complicated symbolic problem (most likely
  432.     a symbolic integral or a DE system) that I can't solve.
  433.     What should I do?
  434.  
  435. A:  Find a friend with access to a computer algebra system
  436.     like MAPLE, MACSYMA or MATHEMATICA and ask her/him to solve it.
  437.     If packages cannot solve it, then (and only then) ask the net. 
  438.  
  439.  
  440. 6Q:  Where can I get <Symbolic Computation Package>?
  441.     This is not a comprehensive list. There are other Computer Algebra
  442.     packages available that may better suit your needs. There is also
  443.     a FAQ list in the group sci.math.symbolic. It includes a much larger
  444.     list of vendors and developers. (The FAQ list can be obtained from
  445.     math.berkeley.edu via anonymous ftp).
  446.  
  447. A: Maple 
  448.         Purpose: Symbolic and numeric computation, mathematical
  449.         programming, and mathematical visualization. 
  450.         Contact: Waterloo Maple Software,
  451.         160 Columbia Street West,
  452.         Waterloo, Ontario, Canada     N2L 3L3
  453.         Phone: (519) 747-2373 
  454.         wmsi@daisy.uwaterloo.ca wmsi@daisy.waterloo.edu
  455.  
  456. A: DOE-Macsyma  
  457.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  458.         Contact: National Energy Software Center
  459.         Argonne National Laboratory 9700 South Cass Avenue
  460.         Argonne, Illinois 60439 
  461.         Phone: (708) 972-7250
  462.  
  463. A: Pari            
  464.  
  465.         Purpose: Number-theoretic computations and simple numerical
  466.         analysis.
  467.         Available for most 32-bit machines, including 386+387 and 486.
  468.         This is a copyrighted but free package, available by ftp from
  469.         math.ucla.edu (128.97.4.254) and ftp.inria.fr (128.93.1.26).
  470.         Contact: questions about pari can be sent to pari@ceremab.u-bordeaux.fr
  471.         and for the Macintosh versions to bernardi@mathp7.jussieu.fr
  472.  
  473.  
  474. A: Mathematica
  475.         Purpose: Mathematical computation and visualization,
  476.         symbolic programming. 
  477.         Contact: Wolfram Research, Inc. 
  478.         100 Trade Center Drive Champaign,
  479.         IL 61820-7237
  480.         Phone: 1-800-441-MATH
  481.         info@wri.com
  482.  
  483.  
  484. A: Macsyma
  485.         Purpose: Symbolic numerical and graphical mathematics.
  486.     Contact: Macsyma Inc.
  487.         20 Academy Street
  488.         Arlington, MA 02174
  489.         tel: 617-646-4550
  490.         fax: 617-646-3161
  491.         email: info-macsyma@macsyma.com
  492.  
  493.  
  494. A: Matlab
  495.         Purpose: `matrix laboratory' for tasks involving 
  496.     matrices, graphics and general numerical computation.
  497.     Contact: The MathWorks, Inc.
  498.          21 Prime Park Way
  499.          Natick, MA 01760
  500.          508-653-1415
  501.          info@mathworks.com
  502.  
  503. A: Cayley
  504.         Purpose: Computation in algebraic and combinatorial structures
  505.         such as groups, rings, fields, modules and graphs.
  506.         Available for: SUN 3, SUN 4, IBM running AIX or VM, DEC VMS, others
  507.         Contact: Computational Algebra Group
  508.         University of Sydney
  509.         NSW 2006
  510.         Australia
  511.         Phone:  (61) (02) 692 3338
  512.         Fax: (61) (02) 692 4534
  513.         cayley@maths.su.oz.au
  514.  
  515.  
  516.  
  517. 7Q:  Let P be a property about the Fields Medal. Is P(x) true?
  518.  
  519. A:  There are a few gaps in the list. If you know any of the
  520.     missing information (or if you notice any mistakes), 
  521.     please send me e-mail.
  522.  
  523. Year Name               Birthplace              Age Institution
  524. ---- ----               ----------              --- -----------
  525. 1936 Ahlfors, Lars      Helsinki       Finland   29 Harvard U         USA
  526. 1936 Douglas, Jesse     New York NY    USA       39 MIT               USA
  527. 1950 Schwartz, Laurent  Paris          France    35 U of Nancy        France
  528. 1950 Selberg, Atle      Langesund      Norway    33 Adv.Std.Princeton USA 
  529. 1954 Kodaira, Kunihiko  Tokyo          Japan     39 Princeton U       USA
  530. 1954 Serre, Jean-Pierre Bages          France    27 College de France France
  531. 1958 Roth, Klaus        Breslau        Germany   32 U of London       UK
  532. 1958 Thom, Rene         Montbeliard    France    35 U of Strasbourg   France
  533. 1962 Hormander, Lars    Mjallby        Sweden    31 U of Stockholm    Sweden
  534. 1962 Milnor, John       Orange NJ      USA       31 Princeton U       USA
  535. 1966 Atiyah, Michael    London         UK        37 Oxford U          UK
  536. 1966 Cohen, Paul        Long Branch NJ USA       32 Stanford U        USA
  537. 1966 Grothendieck, Alexander Berlin    Germany   38 U of Paris        France
  538. 1966 Smale, Stephen     Flint MI       USA       36 UC Berkeley       USA
  539. 1970 Baker, Alan        London         UK        31 Cambridge U       UK
  540. 1970 Hironaka, Heisuke  Yamaguchi-ken  Japan     39 Harvard U         USA
  541. 1970 Novikov, Serge     Gorki          USSR      32 Moscow U          USSR
  542. 1970 Thompson, John     Ottawa KA      USA       37 U of Chicago      USA
  543. 1974 Bombieri, Enrico   Milan          Italy     33 U of Pisa         Italy
  544. 1974 Mumford, David     Worth, Sussex  UK        37 Harvard U         USA
  545. 1978 Deligne, Pierre    Brussels       Belgium   33 IHES              France
  546. 1978 Fefferman, Charles Washington DC  USA       29 Princeton U       USA
  547. 1978 Margulis, Gregori  Moscow         USSR      32 InstPrblmInfTrans USSR
  548. 1978 Quillen, Daniel    Orange NJ      USA       38 MIT               USA
  549. 1982 Connes, Alain      Draguignan     France    35 IHES              France
  550. 1982 Thurston, William  Washington DC  USA       35 Princeton U       USA
  551. 1982 Yau, Shing-Tung    Kwuntung       China     33 IAS               USA
  552. 1986 Donaldson, Simon   Cambridge      UK        27 Oxford U          UK
  553. 1986 Faltings, Gerd     1954           Germany   32 Princeton U       USA
  554. 1986 Freedman, Michael  Los Angeles CA USA       35 UC San Diego      USA
  555. 1990 Drinfeld, Vladimir Kharkov        USSR      36 Phys.Inst.Kharkov USSR
  556. 1990 Jones, Vaughan     Gisborne       N Zealand 38 UC Berkeley       USA
  557. 1990 Mori, Shigefumi    Nagoya         Japan     39 U of Kyoto?       Japan
  558. 1990 Witten, Edward     Baltimore      USA       38 Princeton U/IAS   USA
  559.  
  560. References :
  561.  
  562. International Mathematical Congresses, An Illustrated History 1893-1986,
  563. Revised Edition, Including 1986, by Donald J.Alberts, G. L. Alexanderson 
  564. and Constance Reid, Springer Verlag, 1987.
  565.  
  566. Tropp, Henry S., ``The origins and history of the Fields Medal,''
  567. Historia Mathematica, 3(1976), 167-181.  
  568.  
  569.  
  570. 8Q:  What is 0^0 ?
  571.  
  572. A:  According to some Calculus textbooks, 0^0 is an "indeterminate
  573.     form". When evaluating a limit of the form 0^0, then you need
  574.     to know that limits of that form are called "indeterminate forms",
  575.     and that you need to use a special technique such as L'Hopital's
  576.     rule to evaluate them. Otherwise, 0^0=1 seems to be the most
  577.     useful choice for 0^0. This convention allows us to extend 
  578.     definitions in different areas of mathematics that otherwise would
  579.     require treating 0 as a special case. Notice that 0^0 is a
  580.     discontinuity of the function x^y. 
  581.    
  582.     Rotando & Korn show that if f and g are real functions that vanish
  583.     at the origin and are _analytic_ at 0 (infinitely differentiable is
  584.     not sufficient), then f(x)^g(x) approaches 1 as x approaches 0 from
  585.     the right.
  586.  
  587.     From Concrete Mathematics p.162 (R. Graham, D. Knuth, O. Patashnik):
  588.  
  589.     "Some textbooks leave the quantity 0^0 undefined, because the
  590.     functions x^0 and 0^x have different limiting values when x 
  591.     decreases to 0. But this is a mistake. We must define
  592.  
  593.        x^0 = 1 for all x,
  594.  
  595.     if the binomial theorem is to be valid when x=0, y=0, and/or x=-y.
  596.     The theorem is too important to be arbitrarily restricted! By
  597.     contrast, the function 0^x is quite unimportant." 
  598.  
  599.     Published by Addison-Wesley, 2nd printing Dec, 1988.
  600.  
  601.     References:
  602.  
  603.     H. E. Vaughan, The expression '0^0', Mathematics Teacher 63 (1970),
  604.     pp.111-112.
  605.  
  606.     Louis M. Rotando & Henry Korn, "The Indeterminate Form 0^0",
  607.     Mathematics Magazine, Vol. 50, No. 1 (January 1977), pp. 41-42.
  608.  
  609.     L. J. Paige, A note on indeterminate forms, American Mathematical 
  610.     Monthly, 61 (1954), 189-190; reprinted in the Mathematical 
  611.     Association of America's 1969 volume, Selected Papers on Calculus,
  612.     pp. 210-211.
  613.  
  614.  
  615.  
  616. 9Q:  Why is 0.9999... = 1?
  617.  
  618. A:  In modern mathematics, the string of symbols "0.9999..." is
  619.     understood to be a shorthand for "the infinite sum  9/10 + 9/100
  620.     + 9/1000 + ...." This in turn is shorthand for "the limit of the
  621.     sequence of real numbers 9/10, 9/10 + 9/100, 9/10 + 9/100 + 9/1000,
  622.     ..."  Using the well-known epsilon-delta definition of limit, one
  623.     can easily show that this limit is 1.  The statement that 
  624.     0.9999...  = 1 is simply an abbreviation of this fact.
  625.  
  626.                     oo              m
  627.                    ---   9         ---   9
  628.         0.999... = >   ---- = lim  >   ----
  629.                    --- 10^n  m->oo --- 10^n
  630.                    n=1             n=1
  631.         Choose epsilon > 0. Suppose delta = 1/-log_10 epsilon, thus
  632.         epsilon = 10^(-1/delta). For every m>1/delta we have that
  633.  
  634.         |  m           |
  635.         | ---   9      |     1          1
  636.         | >   ---- - 1 | = ---- < ------------ = epsilon
  637.         | --- 10^n     |   10^m   10^(1/delta)
  638.         | n=1          |
  639.  
  640.         So by the (epsilon-delta) definition of the limit we have
  641.                m
  642.               ---   9
  643.          lim  >   ---- = 1
  644.         m->oo --- 10^n
  645.               n=1
  646.  
  647.  
  648.     An *informal* argument could be given by noticing that the following
  649.     sequence of "natural" operations has as a consequence 1 = 0.9999....
  650.     Therefore it's "natural" to assume 1 = 0.9999.....
  651.  
  652.              x = 0.99999....
  653.            10x = 9.99999....
  654.        10x - x = 9 
  655.             9x = 9                
  656.              x = 1
  657.     Thus
  658.              1 = 0.99999....
  659.  
  660.     References:
  661.  
  662.     E. Hewitt & K. Stromberg, Real and Abstract Analysis, 
  663.     Springer-Verlag, Berlin, 1965.
  664.  
  665.     W. Rudin, Principles of Mathematical Analysis, McGraw-Hill, 1976.
  666.  
  667.  
  668.  
  669. 10Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  670.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  671.     decimal places?
  672.  
  673.  
  674. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  675.     and they can compute another 20,000-500,000 overnight (range depends
  676.     on hardware platform).
  677.  
  678.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  679.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  680.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  681.  
  682.     New York's Chudnovsky brothers have computed 2 billion digits of pi
  683.     on a homebrew computer.
  684.  
  685.     References :
  686.     (This is a short version for a more comprehensive list contact
  687.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  688.  
  689.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  690.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  691.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  692.  
  693.     P. Beckman
  694.     A history of pi
  695.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  696.  
  697.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  698.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  699.     functions
  700.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  701.  
  702.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  703.     More quadratically converging algorithms for pi
  704.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  705.  
  706.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  707.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  708.     computational complexity
  709.     Wiley, New York, 1987
  710.  
  711.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  712.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  713.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  714.     pp. 231-244
  715.  
  716.     Y. Kanada and Y. Tamura
  717.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  718.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  719.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  720.  
  721.     Morris Newman and Daniel Shanks
  722.     On a sequence arising in series for pi
  723.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  724.     pp. 199-217
  725.  
  726.     E. Salamin
  727.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  728.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  729.  
  730.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  731.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  732.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  733.  
  734.     Daniel Shanks
  735.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  736.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  737.  
  738.     David Singmaster
  739.     The legal values of pi
  740.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  741.  
  742.     Stan Wagon
  743.     Is pi normal?
  744.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  745.  
  746.     J.W. Wrench, Jr.
  747.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  748.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  749.  
  750.  
  751.  
  752.  
  753. 11Q:  There are three doors, and there is a car hidden behind one
  754.     of them, Master Mind and other games ..
  755.  
  756. A:  Read frequently asked questions from rec.puzzles, where the
  757.     problem is solved and carefully explained. (The Monty
  758.     Hall problem). MANY OTHER "MATHEMATICAL" GAMES ARE EXPLAINED
  759.     IN THE REC.PUZZLES FAQ. READ IT BEFORE ASKING IN SCI.MATH.
  760.  
  761.     Your chance of winning is 2/3 if you switch and 1/3 if you don't.
  762.     For a full explanation from the frequently asked questions list
  763.     for rec.puzzles, send to the address archive-request@questrel.com
  764.     an email message consisting of the text
  765.  
  766.                send switch
  767.  
  768.  
  769.     Also any other FAQ list can be obtained through anonymous ftp from
  770.     rtfm.mit.edu.
  771.  
  772.     References
  773.     
  774.     American Mathematical Monthly, January 1992.
  775.  
  776.  
  777.     For the game of Master Mind it has been proven that no more than
  778.     five moves are required in the worst case. For references look at
  779.  
  780.     One such algorithm was published in the Journal of Recreational
  781.     Mathematics; in '70 or '71 (I think), which always solved the
  782.     4 peg problem in 5 moves. Knuth later published an algorithm which
  783.     solves the problem in a shorter # of moves - on average - but can
  784.     take six guesses on certain combinations.
  785.  
  786.  
  787.  
  788.     Donald E. Knuth, The Computer as Master Mind, J. Recreational Mathematics
  789.     9 (1976-77), 1-6.
  790.  
  791.  
  792.  
  793. 12Q:  What is the formula for the "Surface Area" of a sphere in
  794.     Euclidean N-Space.  That is, of course, the volume of the N-1
  795.     solid which comprises the boundary of an N-Sphere.  
  796.  
  797. A:  The volume of a ball is the easiest formula to remember:  It's r^N
  798.     times pi^(N/2)/(N/2)!.  The only hard part is taking the factorial
  799.     of a half-integer.  The real definition is that x! = Gamma(x+1), but
  800.     if you want a formula, it's:
  801.  
  802.     (1/2+n)! = sqrt(pi)*(2n+2)!/(n+1)!/4^(n+1)
  803.  
  804.     To get the surface area, you just differentiate to get
  805.     N*pi^(N/2)/(N/2)!*r^(N-1).
  806.  
  807.     There is a clever way to obtain this formula using Gaussian
  808.     integrals. First, we note that the integral over the line of
  809.     e^(-x^2) is sqrt(pi).  Therefore the integral over N-space of
  810.     e^(-x_1^2-x_2^2-...-x_N^2) is sqrt(pi)^n.  Now we change to
  811.     spherical coordinates.  We get the integral from 0 to infinity 
  812.     of V*r^(N-1)*e^(-r^2), where V is the surface volume of a sphere.
  813.     Integrate by parts repeatedly to get the desired formula.
  814.  
  815. 13Q:  Does anyone know a name (or a closed form) for
  816.   
  817.       f(x)^f(x)=x
  818.  
  819.  
  820.     Solving for f one finds a "continued fraction"-like answer
  821.  
  822.  
  823.                f(x) = log x
  824.                       -----
  825.                       log (log x
  826.                           ------
  827.                               ...........
  828.  
  829. A:  This question has been repeated here from time to time over the 
  830.     years, and no one seems to have heard of any published work on it,
  831.     nor a published name for it (D. Merrit proposes "lx" due to its
  832.     (very) faint resemblance to log). It's not an analytic function.
  833.  
  834.     The "continued fraction" form for its numeric solution is highly 
  835.     unstable in the region of its minimum at 1/e (because the graph is
  836.     quite flat there yet logarithmic approximation oscillates wildly),
  837.     although it converges fairly quickly elsewhere. To compute its value
  838.     near 1/e, use the bisection method which gives good results. Bisection
  839.     in other regions converges much more slowly than the "logarithmic 
  840.     continued fraction" form, so a hybrid of the two seems suitable.
  841.     Note that it's dual valued for the reals (and many valued complex
  842.     for negative reals).
  843.  
  844.     A similar function is a "built-in" function in MAPLE called W(x).
  845.     MAPLE considers a solution in terms of W(x) as a closed form (like
  846.     the erf function). W is defined as W(x)*exp(W(x))=x.
  847.  
  848.     An extensive treatise on the known facts of Lambert's W function 
  849.     is available for anonymous ftp at daisy.uwaterloo.ca in the 
  850.     maple/5.2/doc/LambertW.ps.
  851.  
  852. 14Q:  The existence of a projective plane of order 10 has long been
  853.     an outstanding problem in discrete mathematics and finite geometry.
  854.  
  855. A:  More precisely, the question is: is it possible to define 111 sets
  856.     (lines) of 11 points each such that:
  857.     for any pair of points there is precisely one line containing them
  858.     both and for any pair of lines there is only one point common to
  859.     them both.
  860.     Analogous questions with n^2 + n + 1 and n + 1 instead of 111 and 11
  861.     have been positively answered only in case n is a prime power.
  862.     For n=6 it is not possible, more generally if n is congruent to 1
  863.     or 2 mod 4 and can not be written as a sum of two squares, then an
  864.     FPP of order n does not exist.  The n=10 case has been settled as
  865.     not possible either by Clement Lam. See Am. Math. Monthly,
  866.     recent issue. As the "proof" took several years of computer search
  867.     (the equivalent of 2000 hours on a Cray-1) it can be called the most
  868.     time-intensive computer assisted single proof.
  869.     The final steps were ready in January 1989.
  870.  
  871.     References
  872.  
  873.     R. H. Bruck and H. J. Ryser, "The nonexistence of certain finite
  874.     projective planes," Canadian Journal of Mathematics, vol. 1 (1949),
  875.     pp 88-93.
  876.  
  877.  
  878.  
  879. 15Q:  Is there a formula to determine the day of the week, given
  880.     the month, day and year? 
  881.  
  882. A:  Here is the standard method.
  883.  
  884.      A. Take the last two digits of the year.
  885.      B. Divide by 4, discarding any fraction.
  886.      C. Add the day of the month.
  887.      D. Add the month's key value: JFM AMJ JAS OND
  888.                                    144 025 036 146
  889.      E. Subtract 1 for January or February of a leap year.
  890.      F. For a Gregorian date, add 0 for 1900's, 6 for 2000's, 4 for 1700's, 2
  891.            for 1800's; for other years, add or subtract multiples of 400.
  892.      G. For a Julian date, add 1 for 1700's, and 1 for every additional
  893.       century you go back.
  894.      H. Add the last two digits of the year.
  895.  
  896.     Now take the remainder when you divide by 7; 1 is Sunday, the first day
  897.     of the week, 2 is Monday, and so on.
  898.  
  899.     Another formula is:
  900.  
  901.     W == k + [2.6m - 0.2] - 2C + Y + [Y/4] + [C/4]     mod 7
  902.        where [] denotes the integer floor function (round down),
  903.        k is day (1 to 31)
  904.        m is month (1 = March, ..., 10 = December, 11 = Jan, 12 = Feb)
  905.                      Treat Jan & Feb as months of the preceding year
  906.        C is century ( 1987 has C = 19)
  907.        Y is year    ( 1987 has Y = 87 except Y = 86 for jan & feb)
  908.        W is week day (0 = Sunday, ..., 6 = Saturday)
  909.  
  910.     This formula is good for the Gregorian calendar
  911.     (introduced 1582 in parts of Europe, adopted in 1752 in Great Britain
  912.     and its colonies, and on various dates in other countries).
  913.  
  914.     It handles century & 400 year corrections, but there is still a 
  915.     3 day / 10,000 year error which the Gregorian calendar does not take.
  916.     into account.  At some time such a correction will have to be 
  917.     done but your software will probably not last that long :-)   !
  918.  
  919.  
  920.     References:
  921.  
  922.     Winning Ways  by Conway, Guy, Berlekamp is supposed to have it.
  923.  
  924.     Martin Gardner in "Mathematical Carnival".
  925.  
  926.     Michael Keith and Tom Craver, "The Ultimate Perpetual Calendar?",
  927.     Journal of Recreational Mathematics, 22:4, pp. 280-282, 1990.
  928.     
  929.     K. Rosen, "Elementary Number Theory",  p. 156.
  930.  
  931.  
  932.  
  933. 16Q:  What is the Axiom of Choice?  Why is it important? Why some articles
  934.     say "such and such is provable, if you accept the axiom of choice."?
  935.     What are the arguments for and against the axiom of choice?  
  936.  
  937.  
  938. A:  There are several equivalent formulations:
  939.  
  940.     -The Cartesian product of nonempty sets is nonempty, even
  941.     if the product is of an infinite family of sets.
  942.  
  943.     -Given any set S of mutually disjoint nonempty sets, there is a set C
  944.     containing a single member from each element of S.  C can thus be
  945.     thought of as the result of "choosing" a representative from each
  946.     set in S. Hence the name. 
  947.  
  948.     >Why is it important? 
  949.  
  950.     All kinds of important theorems in analysis require it.  Tychonoff's
  951.     theorem and the Hahn-Banach theorem are examples. Indeed,
  952.     Tychonoff's theorem is equivalent to AC. Similarly, AC is equivalent
  953.     to the thesis that every set can be well-ordered.  Zermelo's first
  954.     proof of this in 1904 I believe was the first proof in which AC was
  955.     made explicit.  AC is especially handy for doing infinite cardinal
  956.     arithmetic, as without it the most you get is a *partial* ordering
  957.     on the cardinal numbers.  It also enables you to prove such 
  958.     interesting general facts as that n^2 = n for all infinite cardinal 
  959.     numbers.
  960.  
  961.     > What are the arguments for and against the axiom of choice?
  962.  
  963.     The axiom of choice is independent of the other axioms of set theory
  964.     and can be assumed or not as one chooses.
  965.  
  966.     (For) All ordinary mathematics uses it.
  967.  
  968.     There are a number of arguments for AC, ranging from a priori to 
  969.     pragmatic.  The pragmatic argument (Zermelo's original approach) is
  970.     that it allows you to do a lot of interesting mathematics.  The more
  971.     conceptual argument derives from the "iterative" conception of set
  972.     according to which sets are "built up" in layers, each layer consisting
  973.     of all possible sets that can be constructed out of elements in the
  974.     previous layers.  (The building up is of course metaphorical, and is
  975.     suggested only by the idea of sets in some sense consisting of their 
  976.     members; you can't have a set of things without the things it's a set
  977.     of).  If then we consider the first layer containing a given set S of
  978.     pairwise disjoint nonempty sets, the argument runs, all the elements 
  979.     of all the sets in S must exist at previous levels "below" the level
  980.     of S.  But then since each new level contains *all* the sets that can
  981.     be formed from stuff in previous levels, it must be that at least by
  982.     S's level all possible choice sets have already been *formed*. This
  983.     is more in the spirit of Zermelo's later views (c. 1930). 
  984.  
  985.     (Against) It has some supposedly counterintuitive consequences,
  986.     such as the Banach-Tarski paradox. (See next question)
  987.  
  988.     Arguments against AC typically target its nonconstructive character:
  989.     it is a cheat because it conjures up a set without providing any
  990.     sort of *procedure* for its construction--note that no *method* is
  991.     assumed for picking out the members of a choice set.  It is thus the
  992.     platonic axiom par excellence, boldly asserting that a given set
  993.     will always exist under certain circumstances in utter disregard of
  994.     our ability to conceive or construct it.  The axiom thus can be seen
  995.     as marking a divide between two opposing camps in the philosophy of
  996.     mathematics:  those for whom mathematics is essentially tied to our
  997.     conceptual capacities, and hence is something we in some sense
  998.     *create*, and those for whom mathematics is independent of any such
  999.     capacities and hence is something we *discover*.  AC is thus of 
  1000.     philosophical as well as mathematical significance.
  1001.  
  1002.  
  1003.     It should be noted that some interesting mathematics has come out of an
  1004.     incompatible axiom, the Axiom of Determinacy (AD).  AD asserts that
  1005.     any two-person game without ties has a winning strategy for the first or
  1006.     second player.  For finite games, this is an easy theorem; for infinite
  1007.     games with duration less than \omega and move chosen from a countable set,
  1008.     you can prove the existence of a counter-example using AC.  Jech's book
  1009.     "The Axiom of Choice" has a discussion.  
  1010.  
  1011.     An example of such a game goes as follows.  
  1012.  
  1013.        Choose in advance a set of infinite sequences of integers; call it A.
  1014.        Then I pick an integer, then you do, then I do, and so on forever 
  1015.        (i.e. length \omega).  When we're done, if the sequence of integers
  1016.        we've chosen is in A, I win; otherwise you win.  AD says that one of
  1017.        us must have a winning strategy.  Of course the strategy, and which
  1018.        of us has it, will depend upon A.
  1019.  
  1020.  
  1021.     From a philosophical/intuitive/pedagogical standpoint, I think Bertrand
  1022.     Russell's shoe/sock analogy has a lot to recommend it.  Suppose you have an
  1023.     infinite collection of pairs of shoes.  You want to form a set with one
  1024.     shoe from each pair.  AC is not necessary, since you can define the set as
  1025.     "the set of all left shoes". (Technically, we're using the axiom of
  1026.     replacement, one of the basic axioms of Zermelo-Fraenkel (ZF) set theory.)
  1027.     If instead you want to form a set containing one sock from each pair of an
  1028.     infinite collection of pairs of socks, you now need AC.
  1029.  
  1030.  
  1031.     References:
  1032.  
  1033.     Maddy, "Believing the Axioms, I", J. Symb. Logic, v. 53, no. 2, June 1988,
  1034.     pp. 490-500, and "Believing the Axioms II" in v.53, no. 3.  
  1035.  
  1036.     Gregory H. Moore, Zermelo's Axiom of Choice, New York, Springer-Verlag,
  1037.     1982.
  1038.  
  1039.     H. Rubin and J. E. Rubin, Equivalents of the Axiom of Choice II,
  1040.     North-Holland/Elsevier Science, 1985.
  1041.  
  1042.     A. Fraenkel, Y.  Bar-Hillel, and A. Levy, Foundations of Set Theory, 
  1043.     Amsterdam, North-Holland, 1984 (2nd edition, 2nd printing), pp. 53-86.
  1044.  
  1045.  
  1046.  
  1047. 17Q:  Cutting a sphere into pieces of larger volume. Is it possible
  1048.     to cut a sphere into a finite number of pieces and reassemble 
  1049.     into a solid of twice the volume?
  1050.  
  1051. A:  This question has many variants and it is best answered explicitly.
  1052.     Given two polygons of the same area, is it always possible to
  1053.     dissect one into a finite number of pieces which can be reassembled
  1054.     into a replica of the other?
  1055.  
  1056.     Dissection theory is extensive.  In such questions one needs to
  1057.     specify
  1058.  
  1059.      (A) what a "piece" is,  (polygon?  Topological disk?  Borel-set? 
  1060.          Lebesgue-measurable set?  Arbitrary?)
  1061.  
  1062.      (B) how many pieces are permitted (finitely many? countably? uncountably?)
  1063.  
  1064.      (C) what motions are allowed in "reassembling" (translations?
  1065.          rotations?  orientation-reversing maps?  isometries?  
  1066.          affine maps?  homotheties?  arbitrary continuous images?  etc.)
  1067.  
  1068.      (D) how the pieces are permitted to be glued together.  The
  1069.          simplest notion is that they must be disjoint.  If the pieces
  1070.          are polygons [or any piece with a nice boundary] you can permit
  1071.          them to be glued along their boundaries, ie the interiors of the
  1072.          pieces disjoint, and their union is the desired figure.
  1073.  
  1074.  
  1075.     Some dissection results
  1076.  
  1077.      1) We are permitted to cut into FINITELY MANY polygons, to TRANSLATE
  1078.         and ROTATE the pieces, and to glue ALONG BOUNDARIES;
  1079.         then Yes, any two equal-area polygons are equi-decomposable.
  1080.  
  1081.         This theorem was proven by Bolyai and Gerwien independently, and has
  1082.         undoubtedly been independently rediscovered many times.  I would not
  1083.         be surprised if the Greeks knew this.
  1084.  
  1085.         The Hadwiger-Glur theorem implies that any two equal-area polygons are
  1086.         equi-decomposable using only TRANSLATIONS and ROTATIONS BY 180
  1087.         DEGREES. 
  1088.  
  1089.      2) THM (Hadwiger-Glur, 1951) Two equal-area polygons P,Q are
  1090.         equi-decomposable by TRANSLATIONS only, iff we have equality of these
  1091.         two functions:     PHI_P() = PHI_Q()
  1092.         Here, for each direction v (ie, each vector on the unit circle in the
  1093.         plane), let PHI_P(v) be the sum of the lengths of the edges of P which
  1094.         are perpendicular to v, where for such an edge, its length is positive
  1095.         if v is an outward normal to the edge and is negative if v is an 
  1096.         inward normal to the edge.
  1097.  
  1098.  
  1099.      3) In dimension 3, the famous "Hilbert's third problem" is:
  1100.      
  1101.        "If P and Q are two polyhedra of equal volume, are they
  1102.         equi-decomposable by means of translations and rotations, by
  1103.         cutting into finitely many sub-polyhedra, and gluing along
  1104.         boundaries?" 
  1105.  
  1106.         The answer is "NO" and was proven by Dehn in 1900, just a few months
  1107.         after the problem was posed. (Ueber raumgleiche polyeder, Goettinger 
  1108.         Nachrichten 1900, 345-354). It was the first of Hilbert's problems
  1109.         to be solved. The proof is nontrivial but does *not* use the axiom 
  1110.         of choice.
  1111.  
  1112.         "Hilbert's Third Problem", by V.G.Boltianskii, Wiley 1978.
  1113.  
  1114.  
  1115.      4) Using the axiom of choice on non-countable sets, you can prove
  1116.         that a solid sphere can be dissected into a finite number of
  1117.         pieces that can be reassembled to two solid spheres, each of
  1118.         same volume of the original. No more than nine pieces are needed.
  1119.  
  1120.         The minimum possible number of pieces is FIVE.  (It's quite easy 
  1121.         to show that four will not suffice).  There is a particular
  1122.         dissection in which one of the five pieces is the single center 
  1123.         point of the original sphere, and the other four pieces  A, A',
  1124.         B, B'  are such that A is congruent to A' and B is congruent to B'.
  1125.         [See Wagon's book].
  1126.  
  1127.         This construction is known as the "Banach-Tarski" paradox or the 
  1128.         "Banach-Tarski-Hausdorff" paradox (Hausdorff did an early version of
  1129.         it).  The "pieces" here are non-measurable sets, and they are
  1130.         assembled *disjointly* (they are not glued together along a boundary,
  1131.         unlike the situation in Bolyai's thm.)
  1132.          An excellent book on Banach-Tarski is:
  1133.  
  1134.         "The Banach-Tarski Paradox", by Stan Wagon, 1985, Cambridge
  1135.         University Press.
  1136.  
  1137.          Also read in the Mathematical Intelligencer an article on
  1138.         the Banach-Tarski Paradox.
  1139.  
  1140.         The pieces are not (Lebesgue) measurable, since measure is preserved
  1141.         by rigid motion. Since the pieces are non-measurable, they do not
  1142.         have reasonable boundaries. For example, it is likely that each piece's
  1143.         topological-boundary is the entire ball.
  1144.  
  1145.         The full Banach-Tarski paradox is stronger than just doubling the
  1146.         ball.  It states:
  1147.  
  1148.      5) Any two bounded subsets (of 3-space) with non-empty interior, are
  1149.         equi-decomposable by translations and rotations.
  1150.  
  1151.         This is usually illustrated by observing that a pea can be cut up
  1152.         into finitely pieces and reassembled into the Earth.
  1153.  
  1154.         The easiest decomposition "paradox" was observed first by Hausdorff:
  1155.  
  1156.      6) The unit interval can be cut up into COUNTABLY many pieces which,
  1157.         by *translation* only, can be reassembled into the interval of
  1158.         length 2.
  1159.  
  1160.         This result is, nowadays, trivial, and is the standard example of a
  1161.         non-measurable set, taught in a beginning graduate class on measure
  1162.         theory.
  1163.  
  1164.  
  1165.         References:
  1166.  
  1167.         In addition to Wagon's book above, Boltyanskii has written at least
  1168.         two works on this subject.  An elementary one is:
  1169.  
  1170.           "Equivalent and equidecomposable figures"
  1171.  
  1172.         in Topics in Mathematics published by D.C. HEATH AND CO., Boston.  It
  1173.         is a translation from the 1956 work in Russian.   
  1174.  
  1175.           Also, the article "Scissor Congruence" by Dubins, Hirsch and ?,
  1176.         which appeared about 20 years ago in the Math Monthly, has a pretty
  1177.         theorem on decomposition by Jordan arcs.
  1178.  
  1179.  
  1180.         ``Banach and Tarski had hoped that the physical absurdity of this
  1181.         theorem would encourage mathematicians to discard AC. They were 
  1182.         dismayed when the response of the math community was `Isn't AC great?
  1183.         How else could we get such counterintuitive results?' ''
  1184.  
  1185.  
  1186. 18Q:   Is there a theory of quaternionic analytic functions, that is, a four-
  1187.      dimensional analog to the theory of complex analytic functions?
  1188.     
  1189. A.   Yes.   This was developed in the 1930s by the mathematician
  1190.      Fueter.   It is based on a generalization of the Cauchy-Riemann
  1191.      equations, since the possible alternatives of power series expansions
  1192.      or quaternion differentiability do not produce useful theories.
  1193.      A number of useful integral theorems follow from the theory.
  1194.      Sudbery provides an excellent review.  Deavours covers some of the same
  1195.      material less thoroughly.   Brackx discusses a further generalization
  1196.      to arbitrary Clifford algebras.
  1197.  
  1198.  
  1199.       Anthony Sudbery, Quaternionic Analysis, Proc. Camb. Phil. Soc.,
  1200.       vol. 85, pp 199-225, 1979.
  1201.  
  1202.       Cipher A. Deavours, The Quaternion Calculus, Am. Math. Monthly,
  1203.       vol. 80, pp 995-1008, 1973.
  1204.  
  1205.       F. Brackx and R. Delanghe and F. Sommen, Clifford analysis,
  1206.       Pitman, 1983.
  1207.  
  1208.  
  1209. 19Q:  What is the Erdos Number?
  1210.  
  1211.      Form an undirected graph where the vertices are academics, and an
  1212.      edge connects academic X to academic Y if X has written a paper
  1213.      with Y.  The Erdos number of X is the length of the shortest path
  1214.      in this graph connecting X with Erdos.
  1215.  
  1216.      What is the Erdos Number of X ? for a few selected X in {Math,physics}
  1217.  
  1218.      Erdos has Erdos number 0.  Co-authors of Erdos have Erdos number 1.
  1219.      Einstein has Erdos number 2, since he wrote a paper with Ernst Straus,
  1220.      and Straus wrote many papers with Erdos.
  1221.  
  1222.      Why people care about it?
  1223.  
  1224.      Nobody seems to have a reasonable answer...
  1225.  
  1226.      Who is Paul Erdos? 
  1227.  
  1228.      Paul Erdos is an Hungarian mathematician, he obtained his PhD
  1229.      from the University of Manchester and has spent most of his 
  1230.      efforts tackling "small" problems and conjectures related to
  1231.      graph theory, combinatorics, geometry and number theory.
  1232.  
  1233.      He is one of the most prolific publishers of papers; and is
  1234.      also and indefatigable traveller.
  1235.  
  1236.  
  1237.      References:
  1238.  
  1239.       Caspar Goffman, And what is your Erdos number?, American Mathematical
  1240.       Monthly v. 76 (1969), p. 791.
  1241.  
  1242.  
  1243. 20Q:  Does there exist a number that is perfect and odd?
  1244.  
  1245.      A given number is perfect if it is equal to the sum of all its proper 
  1246.      divisors. This question was first posed by Euclid in ancient Greece.
  1247.      This question is still open.  Euler proved that if  N  is an odd
  1248.      perfect number, then in the prime power decomposition of N, exactly 
  1249.      one exponent is congruent to 1 mod 4 and all the other exponents are
  1250.      even. Furthermore, the prime occurring to an odd power must itself be
  1251.      congruent to 1 mod 4.  A sketch of the proof appears in Exercise 87,
  1252.      page 203 of Underwood Dudley's Elementary Number Theory, 2nd ed.  
  1253.      It has been shown that there are no odd perfect numbers < 10^300.
  1254.  
  1255.  
  1256.  
  1257. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics? #
  1258.  
  1259.      Nobel prizes were created by the will of Alfred Nobel, a notable
  1260.      swedish chemist.
  1261.  
  1262.      One of the most common --and unfounded-- reasons as to why Nobel
  1263.      decided against a Nobel prize in math is that [a woman he proposed
  1264.      to/his wife/his mistress] [rejected him beacuse of/cheated him
  1265.      with] a famous mathematician. Gosta Mittag-Leffler is often claimed
  1266.      to be the guilty party.
  1267.      
  1268.      There is no historical evidence to support the story.
  1269.  
  1270.      For one, Mr. Nobel was never married.
  1271.  
  1272.      There are more credible reasons as to why there is no Nobel prize
  1273.      in math. Chiefly among them is simply the fact he didn't care much
  1274.      for mathematics, and that it was not considered a practical 
  1275.      science from which humanity could benefit (a chief purpose
  1276.      for creating the Nobel Foundation).
  1277.  
  1278.  
  1279.      Here are some relevant facts:
  1280.  
  1281.      1. Nobel never married, hence no ``wife". (He did have a mistress,
  1282.      a Viennese woman named Sophie Hess.)
  1283.  
  1284.      2. Gosta Mittag-Leffler was an important mathematician in Sweden
  1285.      in the late 19th-early 20th century.  He was the founder of the
  1286.      journal Acta Mathematica, played an important role in helping the
  1287.      career of Sonya Kovalevskaya, and was eventually head of the
  1288.      Stockholm Hogskola, the precursor to Stockholms Universitet.
  1289.      However, it seems highly unlikely that he would have been a
  1290.      leading candidate for an early Nobel Prize in mathematics, had 
  1291.      there been one -- there were guys like Poincare and Hilbert around,
  1292.      after all.
  1293.  
  1294.      3.  There is no evidence that Mittag-Leffler had much contact with
  1295.      Alfred Nobel (who resided in Paris during the latter part of his
  1296.      life), still less that there was animosity between them for whatever
  1297.      reason.  To the contrary, towards the end of Nobel's life 
  1298.      Mittag-Leffler was engaged in ``diplomatic" negotiations to try to
  1299.      persuade Nobel to designate a substantial part of his fortune to the
  1300.      Hogskola. It seems hardly likely that he would have undertaken this
  1301.      if there was prior bad blood between them.  Although initially Nobel
  1302.      seems to have intended to do this, eventually he came up with the
  1303.      Nobel Prize idea -- much to the disappointment of the Hogskola,
  1304.      not to mention Nobel's relatives and Fraulein Hess.
  1305.  
  1306.      According to the very interesting study by Elisabeth Crawford,
  1307.      ``The Beginnings of the Nobel Institution", Cambridge Univ. Press,
  1308.      1984, pages 52-53:
  1309.  
  1310.      ``Although it is not known how those in responsible positions
  1311.      at the Hogskola came to believe that a *large* bequest was
  1312.      forthcoming, this indeed was the expectation, and the
  1313.      disappointment was keen when it was announced early in 1897 that
  1314.      the Hogskola had been left out of Nobel's final will in 1895.
  1315.      Recriminations followed, with both Pettersson and Arrhenius 
  1316.      [academic rivals of Mittag-Leffler in the administration of the
  1317.      Hogskola] letting it be known that Nobel's dislike for 
  1318.      Mittag-Leffler had brought about what Pettersson termed the
  1319.      `Nobel Flop'.  This is only of interest because it may have
  1320.      contributed to the myth that Nobel had planned to institute a prize
  1321.      in mathematics but had refrained because of his antipathy to
  1322.      Mittag-Leffler or --in another version of the same story-- because
  1323.      of their rivalry for the affections of a woman...."
  1324.  
  1325.      4.  A final speculation concerning the psychological element.
  1326.      Would Nobel, sitting down to draw up his testament, presumably
  1327.      in a mood of great benevolence to mankind, have allowed a mere
  1328.      personal grudge to distort his idealistic plans for the monument
  1329.      he would leave behind?
  1330.      Nobel, an inventor and industrialist, did not create a prize in
  1331.      mathematics simply because he was not particularly interested
  1332.      in mathematics or theoretical science.  His will speaks of
  1333.      prizes for those ``inventions or discoveries" of greatest
  1334.      practical benefit to mankind.  (Probably as a result of this 
  1335.      language, the physics prize has been awarded for experimental work
  1336.      much more often than for advances in theory.)
  1337.  
  1338.      However, the story of some rivalry over a woman is obviously
  1339.      much more amusing, and that's why it will probably continue to
  1340.      be repeated.
  1341.  
  1342.    
  1343.      References:
  1344.  
  1345.      Mathematical Intelligencer, vol. 7 (3), 1985, p. 74.
  1346.  
  1347.      Elisabeth Crawford, ``The Beginnings of the Nobel Institution", 
  1348.      Cambridge Univ. Press, 1984.
  1349.  
  1350.  
  1351. 22Q.- General References and textbooks... #
  1352.  
  1353.      [a list of general references and most commonly used textbooks]
  1354.      [                                                             ]
  1355.       
  1356.  
  1357. 23Q.- Formula for prime numbers...
  1358.  
  1359.  
  1360.       Is there a polynomial which gives all the prime numbers?
  1361.  
  1362.       No, there is not. This is a simple exercise to prove.
  1363.  
  1364.       Is there a non-constant polynomial that only takes on prime values?
  1365.       If so, then yes, it has been proved that no such polynomial exists.
  1366.       The proof is simple enough that an high school student could probably
  1367.       discover it.  See, for example, Ribenboim's book _The Book of Prime
  1368.       Number Records_.
  1369.  
  1370.       Note, however, by the work of Jones, Sato, Wada, and Wiens, there *is* a
  1371.       polynomial in 26 variables such that the set of primes coincides with
  1372.       the set of *positive* values taken by this polynomial.  See Ribenboim,
  1373.       pp. 147-150.
  1374.  
  1375.       But most people would object to the term "formula" restricted to mean
  1376.       polynomial.  Can we not use summation signs, factorial, and the floor
  1377.       function in our "formula"?  If so, then indeed, there *are* formulas
  1378.       for the prime numbers.  Some of them are listed below.
  1379.       
  1380.       If we can't, then exactly what operations do you allow and why?
  1381.       
  1382.       Indeed, as I have previously argued, a reasonable interpretation of
  1383.       the word "formula" is simply "Turing machine that halts on all inputs".
  1384.       Under this interpretation, there certainly are halting Turing machines
  1385.       which compute the n'th prime number.  However, nobody knows how to
  1386.       compute the n'th prime in time polynomial in log n.  That's still
  1387.       an open question.
  1388.       
  1389.       Herb Wilf has addressed the question, "What is a formula?" in his
  1390.       delightful article, "What is an answer?" which appeared in the
  1391.       American Mathematical Monthly, 89 (1982), 289-292.  He draws the
  1392.       distinction between "formula" and "good formula".  Anyone who claims
  1393.       "there is no formula for the prime numbers" should read this article.
  1394.       
  1395.       Here are just a few articles that discuss "formulas" for primes.  Almost
  1396.       all of these do *not* require computation of the primes "ahead of time".
  1397.       Most of them rely on standard mathematical functions such as summation,
  1398.       factorial, greatest integer function, etc.
  1399.  
  1400.  
  1401.             C. Isenkrahe, Math. Annalen  53 (1900), 42-44.
  1402.  
  1403.             W. H. Mills, Bull. Amer. Math. Soc. 53 (1947), 604.
  1404.  
  1405.             L. Moser, Math. Mag. 23 (1950), 163-164.
  1406.  
  1407.             E. M. Wright, Amer. Math. Monthly 58 (1951), 616-618.  (Correction,
  1408.       59 (1952), 99.)
  1409.  
  1410.             E. M. Wright, J. Lond. Math. Soc. 29 (1954), 63-71.
  1411.  
  1412.             B. R. Srinivasan, J. Indian Math. Soc. 25 (1961), 33-39.
  1413.  
  1414.             C. P. Willans, Math. Gazette 48 (1964), 413-415.
  1415.  
  1416.             V. C. Harris, Nordisk Mat. Tidskr. 17 (1969), 82.
  1417.  
  1418.             U. Dudley, Amer. Math. Monthly 76 (1969), 23-28.
  1419.             
  1420.             C. Vanden Eynden, Amer. Math. Monthly 79 (1972), 625.
  1421.  
  1422.             S. W. Golomb, Amer. Math. Monthly 81 (1974), 752-754.
  1423.  
  1424.  
  1425.             For more references see 
  1426.  
  1427.       J.O. Shallit, E. Bach, _Algorithmic Number Theory_ (to be published, 
  1428.       MIT Press).
  1429.  
  1430. 24Q.- Interest Rate...
  1431.  
  1432. >Below is the standard equation for calculating monthly payments (m)
  1433. >given the periodic interest rate (i), the principal (p), and the number
  1434. >of payments (n).  I need to rearrange the equation to solve for the
  1435. >periodic interest rate, given the other variables, but my math is sadly
  1436. >no longer up to it.
  1437. >
  1438. >If someone would be so kind as to solve for (i), or look up the
  1439. >equation, or whatever, and respond by email, I would be eternally
  1440. >grateful (well, a long time, anyway).  I ask for email since this site
  1441. >does not receive sci.math.  Thanks in advance.
  1442. >
  1443. >             i
  1444. >m = p * ------------
  1445. >                   -n
  1446. >        1 - (i + 1)
  1447. >
  1448. >
  1449.  
  1450.  
  1451. 25Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  1452.  
  1453. -1  = e^(ip)
  1454.  
  1455.  where i = sqrt(-1), p = pi ...
  1456.  
  1457.  
  1458. --------------------------------------------------------------------------
  1459. Questions and Answers _Compiled_ by:
  1460.  
  1461. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1462. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  1463. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1464. -- 
  1465. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1466. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  1467. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1468.  
  1469.  
  1470.