home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Meeting Pearls 1 / Meeting Pearls Vol 1 (1994).iso / installed_progs / text / faqs / sci-math-faq.part1 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1994-04-18  |  26.6 KB

  1. Subject: sci.math: Frequently Asked Questions [1/3]
  2. Newsgroups: sci.math,sci.answers,news.answers
  3. From: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  4. Date: Sun, 17 Apr 1994 20:00:40 GMT
  5.  
  6. Archive-Name: sci-math-faq/part1
  7. Last-modified: October 26, 1993
  8. Version: 5.0
  9.  
  10.  
  11. This is the list of Frequently Asked Questions for sci.math (version 5.0).
  12. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  13. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  14.  
  15.  
  16. Section 1 of 3, questions 1Q to 5Q.
  17.  
  18.  
  19.              Table of Contents
  20.              -----------------
  21.  
  22.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of ..
  23.  2Q.- Values of Record Numbers
  24.  3Q.- Formula for prime numbers...
  25.  4Q.- Digits of Pi, computation and references
  26.  5Q.- Odd Perfect Number
  27.  6Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  28.  7Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  29.  8Q.- Fields Medal, general info ..
  30.  9Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  31. 10Q.- 0^0=1. A comprehensive approach
  32. 11Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  33. 12Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  34.       other games ..
  35. 13Q.- Surface and Volume of the n-ball
  36. 14Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  37. 15Q.- Projective plane of order 10 ..
  38. 16Q.- How to compute day of week of a given date
  39. 17Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis?
  40. 18Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume
  41. 19Q.- Pointers to Quaternions
  42. 20Q.- Erdos Number
  43. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics?
  44. 22Q.- General References and textbooks...
  45. 23Q.- Interest Rate...
  46. 24Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  47.  
  48.  
  49. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  50.  
  51.  
  52. and
  53.  
  54.     Did Fermat prove this theorem? 
  55.       
  56.    
  57.     Fermat's Last Theorem:
  58.  
  59.     There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that x^n + y^n = z^n.
  60.  
  61.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  62.     on the proof was found to be wrong. ...
  63.  
  64. A:  The status of FLT has remained remarkably constant.  Every few
  65.     years, someone claims to have a proof ... but oh, wait, not quite.
  66.  
  67.     UPDATE... UPDATE... UPDATE
  68.  
  69.     Andrew Wiles, a researcher at Princeton, Cambridge claims to have 
  70.     found a proof. 
  71.  
  72.     The proof was presented in Cambridge, UK during a three day seminar 
  73.     to an audience including some of the leading experts in the field.
  74.  
  75.     The manuscript has been submitted to INVENTIONES MATHEMATICAE, and
  76.     is currently under review.  Preprints are not available until the
  77.     proof checks out.  Wiles is giving a full seminar on the proof this
  78.     spring.
  79.  
  80.     The proof is long and cumbersome, but here are some of the first
  81.     few details:
  82.  
  83.     *From Ken Ribet:
  84.  
  85.     Here is a brief summary of what Wiles said in his three lectures.
  86.  
  87.     The method of Wiles borrows results and techniques from lots and lots
  88.     of people.  To mention a few: Mazur, Hida, Flach, Kolyvagin, yours
  89.     truly, Wiles himself (older papers by Wiles), Rubin...  The way he does
  90.     it is roughly as follows.  Start with a mod p representation of the
  91.     Galois group of Q which is known to be modular.  You want to prove that
  92.     all its lifts with a certain property are modular.  This means that the
  93.     canonical map from Mazur's universal deformation ring to its "maximal
  94.     Hecke algebra" quotient is an isomorphism.  To prove a map like this is
  95.     an isomorphism, you can give some sufficient conditions based on
  96.     commutative algebra.  Most notably, you have to bound the order of a
  97.     cohomology group which looks like a Selmer group for Sym^2 of the
  98.     representation attached to a modular form.  The techniques for doing
  99.     this come from Flach; you also have to use Euler systems a la
  100.     Kolyvagin, except in some new geometric guise.
  101.  
  102.     CLARIFICATION: This step in Wiles' manuscript, the Selmer group
  103.     bound, is currently considered to be incomplete by the reviewers.
  104.     Yet the reviewers (or at least those who have gone public) have
  105.     confidence that Wiles will fill it in.  (Note that such gaps are
  106.     quite common in long proofs.  In this particular case, just such
  107.     a bound was expected to be provable using Kolyvagin's techniques,
  108.     independently of anyone thinking of modularity.  In the worst of
  109.     cases, and the gap is for real, what remains has to be recast, but
  110.     it is still extremely important number theory breakthrough work.)
  111.  
  112.  
  113.     
  114.     If you take an elliptic curve over Q, you can look at the
  115.     representation of Gal on the 3-division points of the curve.  If you're
  116.     lucky, this will be known to be modular, because of results of Jerry
  117.     Tunnell (on base change).  Thus, if you're lucky, the problem I
  118.     described above can be solved (there are most definitely some
  119.     hypotheses to check), and then the curve is modular.  Basically, being
  120.     lucky means that the image of the representation of Galois on
  121.     3-division points is GL(2,Z/3Z).
  122.     
  123.     Suppose that you are unlucky, i.e., that your curve E has a rational
  124.     subgroup of order 3.  Basically by inspection, you can prove that if it
  125.     has a rational subgroup of order 5 as well, then it can't be
  126.     semistable.  (You look at the four non-cuspidal rational points of
  127.     X_0(15).)  So you can assume that E[5] is "nice." Then the idea is to
  128.     find an E' with the same 5-division structure, for which E'[3] is
  129.     modular.  (Then E' is modular, so E'[5] = E[5] is modular.)  You
  130.     consider the modular curve X which parameterizes elliptic curves whose
  131.     5-division points look like E[5].  This is a "twist" of X(5).  It's
  132.     therefore of genus 0, and it has a rational point (namely, E), so it's
  133.     a projective line.  Over that you look at the irreducible covering
  134.     which corresponds to some desired 3-division structure.  You use
  135.     Hilbert irreducibility and the Cebotarev density theorem (in some way
  136.     that hasn't yet sunk in) to produce a non-cuspidal rational point of X
  137.     over which the covering remains irreducible.  You take E' to be the
  138.     curve corresponding to this chosen rational point of X.
  139.     
  140.     
  141.     *From the previous version of the FAQ:
  142.     
  143.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  144.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  145.      
  146.     There is a very important and well known conjecture known as the
  147.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  148.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  149.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  150.     ABC conj.
  151.     
  152.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  153.     parameterized in terms of modular forms. 
  154.  
  155.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  156.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  157.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  158.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  159.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  160.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  161.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  162.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  163.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  164.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  165.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  166.     theorem].
  167.  
  168.     *From Karl Rubin:
  169.  
  170.     Theorem.  If E is a semistable elliptic curve defined over Q,
  171.       then E is modular.
  172.  
  173.     It has been known for some time, by work of Frey and Ribet, that
  174.     Fermat follows from this.  If u^q + v^q + w^q = 0, then Frey had
  175.     the idea of looking at the (semistable) elliptic curve
  176.     y^2 = x(x-a^q)(x+b^q).  If this elliptic curve comes from a modular
  177.     form, then the work of Ribet on Serre's conjecture shows that there
  178.     would have to exist a modular form of weight 2 on Gamma_0(2).  But
  179.     there are no such forms.
  180.     
  181.     To prove the Theorem, start with an elliptic curve E, a prime p and let
  182.     
  183.          rho_p : Gal(Q^bar/Q) -> GL_2(Z/pZ)
  184.     
  185.     be the representation giving the action of Galois on the p-torsion
  186.     E[p].  We wish to show that a _certain_ lift of this representation
  187.     to GL_2(Z_p) (namely, the p-adic representation on the Tate module
  188.     T_p(E)) is attached to a modular form.  We will do this by using
  189.     Mazur's theory of deformations, to show that _every_ lifting which
  190.     'looks modular' in a certain precise sense is attached to a modular form.
  191.     
  192.     Fix certain 'lifting data', such as the allowed ramification,
  193.     specified local behavior at p, etc. for the lift. This defines a
  194.     lifting problem, and Mazur proves that there is a universal
  195.     lift, i.e. a local ring R and a representation into GL_2(R) such
  196.     that every lift of the appropriate type factors through this one.
  197.     
  198.     Now suppose that rho_p is modular, i.e. there is _some_ lift
  199.     of rho_p which is attached to a modular form.  Then there is
  200.     also a hecke ring T, which is the maximal quotient of R with the
  201.     property that all _modular_ lifts factor through T.  It is a
  202.     conjecture of Mazur that R = T, and it would follow from this
  203.     that _every_ lift of rho_p which 'looks modular' (in particular the
  204.     one we are interested in) is attached to a modular form.
  205.     
  206.     Thus we need to know 2 things:
  207.  
  208.       (a)  rho_p is modular
  209.       (b)  R = T.
  210.     
  211.     It was proved by Tunnell that rho_3 is modular for every elliptic
  212.     curve.  This is because PGL_2(Z/3Z) = S_4.  So (a) will be satisfied
  213.     if we take p=3.  This is crucial.
  214.     
  215.     Wiles uses (a) to prove (b) under some restrictions on rho_p.  Using
  216.     (a) and some commutative algebra (using the fact that T is Gorenstein,
  217.     'basically due to Mazur')  Wiles reduces the statement T = R to
  218.     checking an inequality between the sizes of 2 groups.  One of these
  219.     is related to the Selmer group of the symmetric square of the given
  220.     modular lifting of rho_p, and the other is related (by work of Hida)
  221.     to an L-value.  The required inequality, which everyone presumes is
  222.     an instance of the Bloch-Kato conjecture, is what Wiles needs to verify.
  223.     
  224.     He does this using a Kolyvagin-type Euler system argument.  This is
  225.     the most technically difficult part of the proof, and is responsible
  226.     for most of the length of the manuscript.  He uses modular
  227.     units to construct what he calls a 'geometric Euler system' of
  228.     cohomology classes.  The inspiration for his construction comes
  229.     from work of Flach, who came up with what is essentially the
  230.     'bottom level' of this Euler system.  But Wiles needed to go much
  231.     farther than Flach did.  In the end, _under_certain_hypotheses_ on rho_p
  232.     he gets a workable Euler system and proves the desired inequality.
  233.     Among other things, it is necessary that rho_p is irreducible.
  234.     
  235.     Suppose now that E is semistable.
  236.     
  237.     Case 1.  rho_3 is irreducible.
  238.     Take p=3.  By Tunnell's theorem (a) above is true.  Under these
  239.     hypotheses the argument above works for rho_3, so we conclude
  240.     that E is modular.
  241.     
  242.     Case 2.  rho_3 is reducible.
  243.     Take p=5.  In this case rho_5 must be irreducible, or else E
  244.     would correspond to a rational point on X_0(15).  But X_0(15)
  245.     has only 4 noncuspidal rational points, and these correspond to
  246.     non-semistable curves.  _If_ we knew that rho_5 were modular,
  247.     then the computation above would apply and E would be modular.
  248.     
  249.     We will find a new semistable elliptic curve E' such that
  250.     rho_{E,5} = rho_{E',5} and rho_{E',3} is irreducible.  Then
  251.     by Case I, E' is modular.  Therefore rho_{E,5} = rho_{E',5}
  252.     does have a modular lifting and we will be done.
  253.     
  254.     We need to construct such an E'.  Let X denote the modular
  255.     curve whose points correspond to pairs (A, C) where A is an
  256.     elliptic curve and C is a subgroup of A isomorphic to the group
  257.     scheme E[5].  (All such curves will have mod-5 representation
  258.     equal to rho_E.)  This X is genus 0, and has one rational point
  259.     corresponding to E, so it has infinitely many.  Now Wiles uses a
  260.     Hilbert Irreducibility argument to show that not all rational
  261.     points can be images of rational points on modular curves
  262.     covering X, corresponding to degenerate level 3 structure
  263.     (i.e. im(rho_3) not GL_2(Z/3)).  In other words, an E' of the
  264.     type we need exists.  (To make sure E' is semistable, choose
  265.     it 5-adically close to E.  Then it is semistable at 5, and at
  266.     other primes because rho_{E',5} = rho_{E,5}.)
  267.  
  268.    
  269.     Referencesm:
  270.  
  271.  
  272.     American Mathematical Monthly
  273.     January 1994.
  274.  
  275.     Notices of the AMS, Februrary 1994.    
  276.  
  277.     
  278. 2Q:  What are the values of:
  279.  
  280.  
  281. largest known Mersenne prime?
  282.  
  283. A:  2^859433-1 is prime. It was discovered in 1994.
  284.  
  285.     
  286. largest known prime?
  287.  
  288. A:  The largest known prime is the Mersenne prime described above.
  289.     The largest known non-Mersenne prime, is 391581*2^216193-1. 
  290.     See Brown, Noll, Parady, Smith, Smith, and Zarantonello, Letter to
  291.     the editor, American Mathematical Monthly, vol. 97, 1990, p. 214.
  292.     Throughout history, the largest known prime has almost always been
  293.     a Mersenne prime; the period between Brown et al's discovery in 
  294.     Aug 1989 and Slowinski & Gage's in March 1992 is one of the few 
  295.     exceptions.
  296.  
  297.     
  298. largest known twin primes?
  299.     
  300. A:   The largest known twin primes are 1691232 * 1001 * 10^4020 +- 1,
  301.      which is a number with 4030 digits, found by H. Dubner.
  302.  
  303.     The second largest known twin primes are 4650828 * 1001 * 10^3429 +- 1.
  304.     They were found by H. Dubner
  305.  
  306.     References:
  307.  
  308.     B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  309.     Smith, Noll and Brown.
  310.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  311.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  312.  
  313.  
  314. largest Fermat number with known factorization?
  315.  
  316. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  317.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  318.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  319.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  320.  
  321.  
  322. Are there good algorithms to factor a given integer?
  323.  
  324. A:  There are several that have subexponential estimated 
  325.     running time, to mention just a few:
  326.  
  327.         Continued fraction algorithm,
  328.         Class group method,
  329.         Quadratic sieve algorithm,
  330.         Elliptic curve algorithm,
  331.         Number field sieve,
  332.         Dixon's random squares algorithm,
  333.         Valle's two-thirds algorithm,
  334.         Seysen's class group algorithm,
  335.  
  336.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  337.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  338.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  339.     673-715, 1990.
  340.  
  341.  
  342. List of record numbers?
  343.  
  344. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  345.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  346.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  347.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  348.     (greater than 1000 digits).
  349.  
  350.  
  351. What is the current status on Mersenne primes?
  352.  
  353. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  354.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  355.     known.
  356.  
  357.     nr            p                                 year  by
  358.     -----------------------------------------------------------------
  359.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  360.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  361.      8          31                       1750  Euler
  362.      9          61                       1883  Pervouchine
  363.     10          89                       1911  Powers
  364.     11          107                      1914  Powers
  365.     12          127                      1876  Lucas
  366.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  367.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  368.     18          3217                     1957  Riesel
  369.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  370.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  371.     24          19937                    1971  Tuckerman
  372.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  373.     26          23209                    1979  Noll
  374.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  375.     28          86243                    1982  Slowinski
  376.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  377.     30          132049                   1983  Slowinski
  378.     31          216091                   1985  Slowinski
  379.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  380.     33?         859433              1993  Slowinski.
  381.  
  382.  
  383.  
  384.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  385.     test:
  386.  
  387.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  388.          u := 4
  389.          for i from 3 to p do
  390.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  391.          od
  392.          if u == 0 then
  393.             2^p-1 is prime
  394.          else
  395.             2^p-1 is composite
  396.          fi
  397.  
  398.     The following ranges have been checked completely:
  399.      2 - 355K and  430K - 520K
  400.  
  401.     More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  402.  
  403.      G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  404.      fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  405.  
  406.  
  407.  
  408. 3Q.-  Formula for prime numbers...
  409.  
  410.  
  411.      Is there a polynomial which gives all the prime numbers?
  412.  
  413.       No, there is not. This is a simple exercise to prove.
  414.  
  415.      Is there a non-constant polynomial that only takes on prime values?
  416.  
  417.       It has been proved that no such polynomial exists.
  418.  
  419.       The proof is simple enough that an high school student could probably
  420.       discover it.  See, for example, Ribenboim's book _The Book of Prime
  421.       Number Records_.
  422.  
  423.      Note, however, by the work of Jones, Sato, Wada, and Wiens, there *is* a
  424.      polynomial in 26 variables such that the set of primes coincides with
  425.      the set of *positive* values taken by this polynomial.  See Ribenboim,
  426.      pp. 147-150.
  427.  
  428.      But most people would object to the term "formula" restricted to mean
  429.      polynomial.  Can we not use summation signs, factorial, and the floor
  430.      function in our "formula"?  If so, then indeed, there *are* formulas
  431.      for the prime numbers.  Some of them are listed below.
  432.  
  433.      If we can't, then exactly what operations do you allow and why?
  434.  
  435.      Indeed, as I have previously argued, a reasonable interpretation of
  436.      the word "formula" is simply "Turing machine that halts on all inputs".
  437.      Under this interpretation, there certainly are halting Turing machines
  438.      which compute the n'th prime number.  However, nobody knows how to
  439.      compute the n'th prime in time polynomial in log n.  That's still
  440.      an open question.
  441.  
  442.      Herb Wilf has addressed the question, "What is a formula?" in his
  443.      delightful article, "What is an answer?" which appeared in the
  444.      American Mathematical Monthly, 89 (1982), 289-292.  He draws the
  445.      distinction between "formula" and "good formula".  Anyone who claims
  446.      "there is no formula for the prime numbers" should read this article.
  447.  
  448.      Here are just a few articles that discuss "formulas" for primes.  Almost
  449.      all of these do *not* require computation of the primes "ahead of time".
  450.      Most of them rely on standard mathematical functions such as summation,
  451.      factorial, greatest integer function, etc.
  452.  
  453.  
  454.        C. Isenkrahe, Math. Annalen  53 (1900), 42-44.
  455.  
  456.        W. H. Mills, Bull. Amer. Math. Soc. 53 (1947), 604.
  457.  
  458.        L. Moser, Math. Mag. 23 (1950), 163-164.
  459.  
  460.        E. M. Wright, Amer. Math. Monthly 58 (1951), 616-618.  (Correction,
  461.       59 (1952), 99.)
  462.  
  463.        E. M. Wright, J. Lond. Math. Soc. 29 (1954), 63-71.
  464.  
  465.        B. R. Srinivasan, J. Indian Math. Soc. 25 (1961), 33-39.
  466.  
  467.        C. P. Willans, Math. Gazette 48 (1964), 413-415.
  468.  
  469.        V. C. Harris, Nordisk Mat. Tidskr. 17 (1969), 82.
  470.  
  471.        U. Dudley, Amer. Math. Monthly 76 (1969), 23-28.
  472.  
  473.        C. Vanden Eynden, Amer. Math. Monthly 79 (1972), 625.
  474.  
  475.        S. W. Golomb, Amer. Math. Monthly 81 (1974), 752-754.
  476.  
  477.  
  478.       For more references see
  479.  
  480.        J.O. Shallit, E. Bach, _Algorithmic Number Theory_ (to be published,
  481.        MIT Press).
  482.  
  483.  
  484. 4Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  485.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  486.     decimal places?
  487.  
  488.  
  489. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  490.     and they can compute another 20,000-1,000,000 overnight (range depends
  491.     on hardware platform).
  492.  
  493.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  494.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  495.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  496.  
  497.     New York's Chudnovsky brothers have computed 2 billion digits of pi
  498.     on a homebrew computer.
  499.  
  500.     How is pi calculated to many decimals ?
  501.  
  502.     There are essentially 3 different methods.
  503.  
  504.      1) One of the oldest is to use the power series expansion of atan(x)
  505.      atan(x)=x-x^3/3+x^5/5-... together with formulas like
  506.      pi=16*atan(1/5)-4*atan(1/239). This gives about 1.4 decimals per term.
  507.  
  508.      2) A second is to use formulas coming from Arithmetic-Geometric mean
  509.      computations. A beautiful compendium of such formulas is given in the
  510.      book of Borwein and Borwein: Pi and the AGM, Canadian Math. Soc. Series,
  511.      John Wiley and Sons, New York, 1987. They have the advantage of converging
  512.      quadratically, i.e. you double the number of decimals per iteration.
  513.      For instance, to obtain 1 000 000 decimals, around 20 iterations are
  514.      sufficient. The disadvantage is that you need FFT type multiplication
  515.      to get a reasonable speed, and this is not so easy to program.
  516.  
  517.      3) A third one comes from the theory of complex multiplication of elliptic
  518.      curves, and was discovered by S. Ramanujan. This gives a number of 
  519.      beautiful formulas, but the most useful was missed by Ramanujan and 
  520.      discovered by the Chudnovsky's. It is the following (slightly modified 
  521.      for ease of programming):
  522.  
  523.      Set k1=545140134;k2=13591409;k3=640320;k4=100100025;k5=327843840;k6=53360;
  524.  
  525.      Then in AmsTeX notation
  526.      
  527.      $\pi=\frac{k6\sqrt(k3)}{S}$, where
  528.  
  529.      $$S=\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\frac{(6n)!(k2+nk1)}{n!^3(3n)!(8k4k5)^n}$$
  530.  
  531.      The great advantages of this formula are that
  532.  
  533.      1) It converges linearly, but very fast (more than 14 decimal digits per
  534.      term).
  535.     
  536.      2) The way it is written, all operations to compute S can be programmed
  537.      very simply since it only involves multiplication/division by single
  538.      precision numbers. This is why the constant 8k4k5 appearing in the 
  539.      denominator has been written this way instead of 262537412640768000.
  540.  
  541.      This is how the Chudnovsky's have computed several billion decimals.
  542.  
  543.      Question: how can I get a C program which computes pi?
  544.  
  545.      Answer: if you are too lazy to use the hints above, you can use the
  546.      following 160 character C program (reportedly by Dik T. Winter) which
  547.      computes pi to 800 decimal digits. If you want more, it is easy to modify,
  548.      but you have to understand how it works first.
  549.  
  550.      int a=10000,b,c=2800,d,e,f[2801],g;main(){for(;b-c;)f[b++]=a/5;
  551.      for(;d=0,g=c*2;c-=14,printf("%.4d",e+d/a),e=d%a)for(b=c;d+=f[b]*a,
  552.      f[b]=d%--g,d/=g--,--b;d*=b);}
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.     References :
  558.  
  559.     (This is a short version for a more comprehensive list contact
  560.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  561.  
  562.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  563.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  564.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  565.  
  566.     P. Beckman
  567.     A history of pi
  568.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  569.  
  570.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  571.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  572.     functions
  573.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  574.  
  575.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  576.     More quadratically converging algorithms for pi
  577.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  578.  
  579.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  580.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  581.     computational complexity
  582.     Wiley, New York, 1987
  583.  
  584.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  585.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  586.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  587.     pp. 231-244
  588.  
  589.     David Chudnovsky and Gregory Chudnovsky
  590.     The computation of classical constants, Columbia University, 
  591.     Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 86, 1989.
  592.  
  593.     Y. Kanada and Y. Tamura
  594.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  595.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  596.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  597.  
  598.     Morris Newman and Daniel Shanks
  599.     On a sequence arising in series for pi
  600.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  601.     pp. 199-217
  602.  
  603.     E. Salamin
  604.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  605.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  606.  
  607.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  608.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  609.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  610.  
  611.     Daniel Shanks
  612.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  613.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  614.  
  615.     David Singmaster
  616.     The legal values of pi
  617.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  618.  
  619.     Stan Wagon
  620.     Is pi normal?
  621.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  622.  
  623.     J.W. Wrench, Jr.
  624.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  625.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  626.  
  627.  
  628.  
  629. 5Q:  Does there exist a number that is perfect and odd?
  630.  
  631.     A given number is perfect if it is equal to the sum of all its proper
  632.     divisors. This question was first posed by Euclid in ancient Greece.
  633.     This question is still open.  Euler proved that if  N  is an odd
  634.     perfect number, then in the prime power decomposition of N, exactly
  635.     one exponent is congruent to 1 mod 4 and all the other exponents are
  636.     even. Furthermore, the prime occurring to an odd power must itself be
  637.     congruent to 1 mod 4.  A sketch of the proof appears in Exercise 87,
  638.     page 203 of Underwood Dudley's Elementary Number Theory, 2nd ed.
  639.     It has been shown that there are no odd perfect numbers < 10^300.
  640.  
  641.  
  642.  
  643. Copyright Notice
  644.  
  645. Copyright (c) 1993   A. Lopez-Ortiz
  646.  
  647.   This FAQ is Copyright (C) 1994 by Alex Lopez-Ortiz. This text,
  648.   in whole or in part, may not be sold in any medium, including,
  649.   but not limited to electronic, CD-ROM, or published in print,
  650.   without the explicit, written permission of Alex Lopez-Ortiz.
  651.  
  652.  
  653. --------------------------------------------------------------------------
  654. Questions and Answers Edited and Compiled by:
  655.  
  656. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  657. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  658. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  659. -- 
  660. Alex Lopez-Ortiz                             alopez-o@neumann.UWaterloo.ca
  661. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  662. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  663.  
  664.