home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / math / 17746 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-06  |  47.4 KB

  1. Xref: sparky sci.math:17746 news.answers:4979
  2. Newsgroups: sci.math,news.answers
  3. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!torn!watserv2.uwaterloo.ca!watdragon.uwaterloo.ca!maytag.uwaterloo.ca!alopez-o
  4. From: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  5. Subject: sci.math: Frequently Asked Questions
  6. Message-ID: <C0Fr4n.rA@watdragon.uwaterloo.ca>
  7. Followup-To: sci.math
  8. Summary: (version 3.8)
  9. Originator: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  10. Sender: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  11. Reply-To: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  12. Organization: University of Waterloo
  13. Date: Wed, 6 Jan 1993 14:05:10 GMT
  14. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  15. Lines: 1166
  16.  
  17. Archive-Name: sci-math-faq
  18. Version: $Id: sci-math-faq,v 3.8 92/12/26 18:45:00 $
  19.  
  20. This is a list of Frequently Asked Questions for sci.math (version 3.8).
  21. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  22. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  23.  
  24. Changes and additions are marked with a # on the table of contents.
  25. This FAQ list (and most others, for that matter) is available via anonymous
  26. ftp at rtfm.mit.edu (18.172.1.27).
  27.  
  28. The list of contributors to this FAQ list is too large to include here;
  29. but thanks are due to all of them (you know who you are folks).
  30.  
  31.              Table of Contents
  32.              -----------------
  33.  
  34.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of .. #
  35.  2Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  36.  3Q.- Values of Record Numbers      
  37.  4Q.- General Netiquette
  38.  5Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  39.  6Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  40.  7Q.- Fields Medal, general info ..
  41.  8Q.- 0^0=1. A comprehensive approach 
  42.  9Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  43. 10Q.- Digits of Pi, computation and references 
  44. 11Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  45.       other games .. #
  46. 12Q.- Surface and Volume of the n-ball  
  47. 13Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  48. 14Q.- Projective plane of order 10 ..   
  49. 15Q.- How to compute day of week of a given date 
  50. 16Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis? 
  51. 17Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume  
  52. 18Q.- Pointers to Quaternions
  53. 19Q.- Erdos Number # 
  54. 20Q.- Odd Perfect Number #
  55.  
  56.  
  57. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  58.     (There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that 
  59.     x^n + y^n = z^n)  
  60.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  61.     on the proof was found to be wrong. ...
  62.     (wlog we assume x,y,z to be relatively prime)
  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.     Meanwhile, it is proved true for ever greater values of the exponent
  67.     (but not all of them), and ties are shown between it and other
  68.     conjectures (if only we could prove one of them), and ... so it has
  69.     been for quite some time.  It has been proved that for each 
  70.     exponent, there are at most a finite number of counter-examples to
  71.     FLT.
  72.  
  73.     Here is a brief survey of the status of FLT. It is not intended to
  74.     be 'deep', but it is rather for non-specialists.
  75.  
  76.     The theorem is broken into 2 cases. The first case assumes 
  77.     (abc,n) = 1. The second case is the general case.
  78.  
  79.     What has been PROVED
  80.     --------------------
  81.  
  82.     First Case.
  83.  
  84.     It has been proven true up to 7.568x10^17 by the work of Wagstaff &
  85.     Tanner, Granville&Monagan, and Coppersmith. They all used extensions
  86.     of the Wiefrich criteria and improved upon work performed by 
  87.     Gunderson and Shanks&Williams.
  88.  
  89.     The first case has been proven to be true for an infinite number of 
  90.     exponents by Adelman, Frey, et. al. using a generalization of the
  91.     Sophie Germain criterion
  92.  
  93.   
  94.     Second Case:
  95.  
  96.     It has been proven true up to n = 150,000 by Tanner & Wagstaff. The
  97.     work used new techniques for computing Bernoulli numbers mod p and 
  98.     improved upon work of Vandiver. The work involved computing the
  99.     irregular primes up to 150,000. FLT is true for all regular primes 
  100.     by a theorem of Kummer. In the case of irregular primes, some
  101.     additional computations are needed.
  102.  
  103.     UPDATE : 
  104.  
  105.     Fermat's Last Theorem has been proved true up to exponent 4,000,000
  106.     in the general case. The method used was essentially that of Wagstaff:
  107.     enumerating and eliminating irregular primes by Bernoulli number
  108.     computations. The computations were performed on a set of NeXT
  109.     computers by Richard Crandall et al.
  110.  
  111.     Since the genus of the curve a^n + b^n = 1, is greater than or equal
  112.     to 2 for n > 3, it follows from Mordell's theorem [proved by
  113.     Faltings], that for any given n, there are at most a finite number
  114.     of solutions.
  115.  
  116.  
  117.     Conjectures
  118.     -----------
  119.  
  120.     There are many open conjectures that imply FLT. These conjectures
  121.     come from different directions, but can be basically broken into
  122.     several classes: (and there are interrelationships between the 
  123.     classes)
  124.     
  125.     (a) conjectures arising from Diophantine approximation theory such 
  126.     as the ABC conjecture, the Szpiro conjecture, the Hall conjecture,
  127.     etc.
  128.  
  129.     For an excellent survey article on these subjects see the article
  130.     by Serge Lang in the Bulletin of the AMS, July 1990 entitled
  131.     "Old and new conjectured diophantine inequalities".
  132.  
  133.     Masser and Osterle formulated the following known as the ABC 
  134.     conjecture:
  135.  
  136.     Given epsilon > 0, there exists a number C(epsilon) such that for
  137.     any set of non-zero, relatively prime integers a,b,c such that 
  138.     a+b = c we have
  139.  
  140.     max( |a|, |b|, |c|) <= C(epsilon) N(abc)^(1 + epsilon)
  141.  
  142.     where N(x) is the product of the distinct primes dividing x.
  143.  
  144.     It is easy to see that it implies FLT asymptotically. The conjecture
  145.     was motivated by a theorem, due to Mason that essentially says the
  146.     ABC conjecture IS true for polynomials.
  147.  
  148.     The ABC conjecture also implies Szpiro's conjecture [and vice-versa]
  149.     and Hall's conjecture. These results are all generally believed to
  150.     be true. 
  151.  
  152.     There is a generalization of the ABC conjecture [by Vojta] which is
  153.     too technical to discuss but involves heights of points on
  154.     non-singular algebraic varieties . Vojta's conjecture also implies
  155.     Mordell's theorem [already known to be true]. There are also a
  156.     number of inter-twined conjectures involving heights on elliptic
  157.     curves that are related to much of this stuff. For a more complete 
  158.     discussion, see Lang's article.
  159.     
  160.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  161.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  162.  
  163.     There is a very important and well known conjecture known as the
  164.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  165.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  166.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  167.     ABC conj.
  168.     
  169.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  170.     parameterized in terms of modular forms. 
  171.  
  172.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  173.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  174.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  175.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  176.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  177.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  178.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  179.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  180.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  181.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  182.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  183.     theorem].
  184.     
  185.     
  186.  
  187.     (c) Conjectures arising from some conjectured inequalities involving
  188.     Chern classes and some other deep results/conjectures in arithmetic
  189.     algebraic geometry. 
  190.  
  191.     I can't describe these results since I don't know the math. Contact
  192.     Barry Mazur [or Serre, or Faltings, or Ribet, or ...]. Actually the
  193.     set of people who DO understand this stuff is fairly small.
  194.  
  195.  
  196.     The diophantine and elliptic curve conjectures all involve deep 
  197.     properties of integers. Until these conjecture were tied to FLT,
  198.     FLT had been regarded by most mathematicians as an isolated problem;
  199.     a curiosity. Now it can be seen that it follows from some deep and
  200.     fundamental properties of the integers. [not yet proven but
  201.     generally believed].
  202.  
  203.     This synopsis is quite brief. A full survey would run to many pages.
  204.  
  205.     References:
  206.  
  207.     [1] J.P.Butler, R.E.Crandall, & R.W.Sompolski
  208.     "Irregular Primes to One Million"
  209.      Math. Comp. 59 (October 1992) pp. 717-722
  210.  
  211.     H.M. Edwards, Fermat's Last Theorem, A Genetic Introduction to
  212.     Algebraic Number Theory, Springer Verlag, New York, 1977
  213.  
  214.     P. Ribenboim, Thirteen Lectures on Fermat's Last Theorem, 
  215.     Springer Verlag, New York, 1979
  216.  
  217.     Number Theory Related to Fermat's Last Theorem, Neal Koblitz, editor,
  218.     Birkh\"auser Boston, Inc., 1982, ISBN 3-7643-3104-6
  219.  
  220.  
  221.  
  222.  
  223. 2Q: Has the Four Colour Theorem been solved?
  224.     (Every planar map with regions of simple borders can be coloured 
  225.     with 4 colours in such a way that no two regions sharing a non-zero
  226.     length border have the same colour.)
  227.  
  228. A:  This theorem was proved with the aid of a computer in 1976.
  229.     The proof shows that if aprox. 1,936  basic forms of maps
  230.     can be coloured with four colours, then any given map can be
  231.     coloured with four colours. A computer program coloured this 
  232.     basic forms. So far nobody has been able to prove it without 
  233.     using a computer. In principle it is possible to emulate the 
  234.     computer proof by hand computations.
  235.  
  236.     References:
  237.  
  238.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  239.     Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 82, 1976 
  240.     pp.711-712.
  241.  
  242.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  243.     Illinois Journal of Mathematics, vol. 21, 1977, pp. 429-567.
  244.  
  245.     T. Saaty and Paul Kainen, The Four Colour Theorem: Assault and
  246.     Conquest, McGraw-Hill, 1977. Reprinted by Dover Publications 1986. 
  247.  
  248.     K. Appel and W. Haken, Every Planar Map is Four Colorable,
  249.     Contemporary Mathematics, vol. 98, American Mathematical Society,
  250.     1989, pp.741.
  251.  
  252.     F. Bernhart, Math Reviews. 91m:05007, Dec. 1991. (Review of Appel
  253.     and Haken's book).
  254.  
  255.  
  256.  
  257.  
  258. 3Q:  What are the values of:
  259.  
  260. largest known Mersenne prime?
  261.  
  262. A:  It is 2^756839-1. It was discovered by a Cray-2 in England in 1992.
  263.     It has 227,832 digits.
  264.  
  265.     
  266. largest known prime?
  267.  
  268. A:  The largest known prime was 391581*2^216193 - 1.  See Brown, Noll,
  269.     Parady, Smith, Smith, and Zarantonello, Letter to the editor,
  270.     American Mathematical Monthly, vol. 97, 1990, p. 214.
  271.  
  272.     Now the largest known prime is the Mersenne prime described above.
  273.  
  274.     
  275. largest known twin primes?
  276.     
  277. A:  The largest known twin primes are 1706595*2^11235 +- 1.
  278.     See B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  279.     Smith, Noll and Brown.
  280.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  281.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  282.  
  283.  
  284. largest Fermat number with known factorization?
  285.  
  286. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  287.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  288.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  289.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  290.  
  291.  
  292. Are there good algorithms to factor a given integer?
  293.  
  294. A:  There are several that have subexponential estimated 
  295.     running time, to mention just a few:
  296.  
  297.         Continued fraction algorithm,
  298.         Class group method,
  299.         Quadratic sieve algorithm,
  300.         Elliptic curve algorithm,
  301.         Number field sieve,
  302.         Dixon's random squares algorithm,
  303.         Valle's two-thirds algorithm,
  304.         Seysen's class group algorithm,
  305.  
  306.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  307.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  308.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  309.     673-715, 1990.
  310.  
  311.  
  312. List of record numbers?
  313.  
  314. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  315.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  316.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  317.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  318.     (greater than 1000 digits).
  319.  
  320.  
  321. What is the current status on Mersenne primes?
  322.  
  323. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  324.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  325.     known.
  326.  
  327.     nr            p                                 year  by
  328.     -----------------------------------------------------------------
  329.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  330.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  331.      8          31                       1750  Euler
  332.      9          61                       1883  Pervouchine
  333.     10          89                       1911  Powers
  334.     11          107                      1914  Powers
  335.     12          127                      1876  Lucas
  336.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  337.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  338.     18          3217                     1957  Riesel
  339.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  340.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  341.     24          19937                    1971  Tuckerman
  342.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  343.     26          23209                    1979  Noll
  344.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  345.     28          86243                    1982  Slowinski
  346.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  347.     30          132049                   1983  Slowinski
  348.     31          216091                   1985  Slowinski
  349.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  350.  
  351.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  352.     test:
  353.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  354.          u := 4
  355.          for i from 3 to p do
  356.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  357.          od
  358.          if u == 0 then
  359.             2^p-1 is prime
  360.          else
  361.             2^p-1 is composite
  362.          fi
  363.  
  364.    The following ranges have been checked completely:
  365.     2 - 355K and  430K - 520K
  366.  
  367.    More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  368.       G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  369.       fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  370.  
  371.  
  372. (Please send updates to alopez-o@maytag.UWaterloo.ca)
  373.  
  374.  
  375.  
  376.  
  377. 4Q:  I think I proved <insert big conjecture>.    OR
  378.     I think I have a bright new idea.
  379.  
  380.     What should I do?
  381.  
  382. A:  Are you an expert in the area? If not, please ask first local
  383.     gurus for pointers to related work (the "distribution" field
  384.     may serve well for this purposes). If after reading them you still
  385.     think your *proof is correct*/*idea is new* then send it to the net.
  386.  
  387.  
  388. 5Q:  I have this complicated symbolic problem (most likely
  389.     a symbolic integral or a DE system) that I can't solve.
  390.     What should I do?
  391.  
  392. A:  Find a friend with access to a computer algebra system
  393.     like MAPLE, MACSYMA or MATHEMATICA and ask her/him to solve it.
  394.     If packages cannot solve it, then (and only then) ask the net. 
  395.  
  396.  
  397. 6Q:  Where can I get <Symbolic Computation Package>?
  398.     This is not a comprehensive list. There are other Computer Algebra
  399.     packages available that may better suit your needs. There is also
  400.     a FAQ list in the group sci.math.symbolics. It includes a much larger
  401.     list of vendors and developers. (The FAQ list can be obtained from
  402.     rtfm.mit.edu via anonymous ftp).
  403.  
  404. A: Maple 
  405.         Purpose: Symbolic and numeric computation, mathematical
  406.         programming, and mathematical visualization. 
  407.         Contact: Waterloo Maple Software,
  408.         160 Columbia Street West,
  409.         Waterloo, Ontario, Canada     N2L 3L3
  410.         Phone: (519) 747-2373 
  411.         wmsi@daisy.uwaterloo.ca wmsi@daisy.waterloo.edu
  412.  
  413. A: DOE-Macsyma  
  414.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  415.         Contact: National Energy Software Center
  416.         Argonne National Laboratory 9700 South Cass Avenue
  417.         Argonne, Illinois 60439 
  418.         Phone: (708) 972-7250
  419.  
  420. A: Pari    
  421.         Purpose: Number-theoretic computations and simple numerical
  422.         analysis.
  423.         Available for Sun 3, Sun 4, generic 32-bit Unix, and
  424.         Macintosh II. This is a free package, available by ftp from
  425.         math.ucla.edu (128.97.64.16).
  426.         Contact: questions about pari can be sent to pari@mizar.greco-prog.fr
  427.  
  428. A: Mathematica
  429.         Purpose: Mathematical computation and visualization,
  430.         symbolic programming. 
  431.         Contact: Wolfram Research, Inc. 
  432.         100 Trade Center Drive Champaign,
  433.         IL 61820-7237
  434.         Phone: 1-800-441-MATH
  435.  
  436. A: Macsyma
  437.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  438.     Contact: Symbolics, Inc.
  439.     8 New England Executive Park East
  440.     Burlington, Massachusetts 01803
  441.     United States of America
  442.     (617) 221-1250
  443.     macsyma@Symbolics.COM
  444.  
  445. A: Matlab
  446.         Purpose: `matrix laboratory' for tasks involving 
  447.     matrices, graphics and general numerical computation.
  448.     Contact: The MathWorks, Inc.
  449.          21 Eliot Street
  450.          South Natick, MA 01760
  451.          508-653-1415
  452.          info@mathworks.com
  453.  
  454. A: Cayley
  455.         Purpose: Computation in algebraic and combinatorial structures
  456.         such as groups, rings, fields, modules and graphs.
  457.         Available for: SUN 3, SUN 4, IBM running AIX or VM, DEC VMS, others
  458.         Contact: Computational Algebra Group
  459.         University of Sydney
  460.         NSW 2006
  461.         Australia
  462.         Phone:  (61) (02) 692 3338
  463.         Fax: (61) (02) 692 4534
  464.         cayley@maths.su.oz.au
  465.  
  466.  
  467.  
  468. 7Q:  Let P be a property about the Fields Medal. Is P(x) true?
  469.  
  470. A:  There are a few gaps in the list. If you know any of the
  471.     missing information (or if you notice any mistakes), 
  472.     please send me e-mail.
  473.  
  474. Year Name               Birthplace              Age Institution
  475. ---- ----               ----------              --- -----------
  476. 1936 Ahlfors, Lars      Helsinki       Finland   29 Harvard U         USA
  477. 1936 Douglas, Jesse     New York NY    USA       39 MIT               USA
  478. 1950 Schwartz, Laurent  Paris          France    35 U of Nancy        France
  479. 1950 Selberg, Atle      Langesund      Norway    33 Adv.Std.Princeton USA 
  480. 1954 Kodaira, Kunihiko  Tokyo          Japan     39 Princeton U       USA
  481. 1954 Serre, Jean-Pierre Bages          France    27 College de France France
  482. 1958 Roth, Klaus        Breslau        Germany   32 U of London       UK
  483. 1958 Thom, Rene         Montbeliard    France    35 U of Strasbourg   France
  484. 1962 Hormander, Lars    Mjallby        Sweden    31 U of Stockholm    Sweden
  485. 1962 Milnor, John       Orange NJ      USA       31 Princeton U       USA
  486. 1966 Atiyah, Michael    London         UK        37 Oxford U          UK
  487. 1966 Cohen, Paul        Long Branch NJ USA       32 Stanford U        USA
  488. 1966 Grothendieck, Alexander Berlin    Germany   38 U of Paris        France
  489. 1966 Smale, Stephen     Flint MI       USA       36 UC Berkeley       USA
  490. 1970 Baker, Alan        London         UK        31 Cambridge U       UK
  491. 1970 Hironaka, Heisuke  Yamaguchi-ken  Japan     39 Harvard U         USA
  492. 1970 Novikov, Serge     Gorki          USSR      32 Moscow U          USSR
  493. 1970 Thompson, John     Ottawa KA      USA       37 U of Chicago      USA
  494. 1974 Bombieri, Enrico   Milan          Italy     33 U of Pisa         Italy
  495. 1974 Mumford, David     Worth, Sussex  UK        37 Harvard U         USA
  496. 1978 Deligne, Pierre    Brussels       Belgium   33 IHES              France
  497. 1978 Fefferman, Charles Washington DC  USA       29 Princeton U       USA
  498. 1978 Margulis, Gregori  Moscow         USSR      32 InstPrblmInfTrans USSR
  499. 1978 Quillen, Daniel    Orange NJ      USA       38 MIT               USA
  500. 1982 Connes, Alain      Draguignan     France    35 IHES              France
  501. 1982 Thurston, William  Washington DC  USA       35 Princeton U       USA
  502. 1982 Yau, Shing-Tung    Kwuntung       China     33 IAS               USA
  503. 1986 Donaldson, Simon   Cambridge      UK        27 Oxford U          UK
  504. 1986 Faltings, Gerd     1954           Germany   32 Princeton U       USA
  505. 1986 Freedman, Michael  Los Angeles CA USA       35 UC San Diego      USA
  506. 1990 Drinfeld, Vladimir Kharkov        USSR      36 Phys.Inst.Kharkov USSR
  507. 1990 Jones, Vaughan     Auckland       N Zealand 38 UC Berkeley       USA
  508. 1990 Mori, Shigefumi    Nagoya         Japan     39 U of Kyoto?       Japan
  509. 1990 Witten, Edward     ?              USA       38 Princeton U/IAS   USA
  510.  
  511. References :
  512.  
  513. International Mathematical Congresses, An Illustrated History 1893-1986,
  514. Revised Edition, Including 1986, by Donald J.Alberts, G. L. Alexanderson 
  515. and Constance Reid, Springer Verlag, 1987.
  516.  
  517. Tropp, Henry S., ``The origins and history of the Fields Medal,''
  518. Historia Mathematica, 3(1976), 167-181.  
  519.  
  520.  
  521. 8Q:  What is 0^0 ?
  522.  
  523. A:  According to some Calculus textbooks, 0^0 is an "indeterminate
  524.     form". When evaluating a limit of the form 0^0, then you need
  525.     to know that limits of that form are called "indeterminate forms",
  526.     and that you need to use a special technique such as L'Hopital's
  527.     rule to evaluate them. Otherwise, 0^0=1 seems to be the most
  528.     useful choice for 0^0. This convention allows us to extend 
  529.     definitions in different areas of mathematics that otherwise would
  530.     require treating 0 as a special case. Notice that 0^0 is a
  531.     discontinuity of the function x^y. 
  532.    
  533.     Rotando & Korn show that if f and g are real functions that vanish
  534.     at the origin and are _analytic_ at 0 (infinitely differentiable is
  535.     not sufficient), then f(x)^g(x) approaches 1 as x approaches 0 from
  536.     the right.
  537.  
  538.     From Concrete Mathematics p.162 (R. Graham, D. Knuth, O. Patashnik):
  539.  
  540.     "Some textbooks leave the quantity 0^0 undefined, because the
  541.     functions x^0 and 0^x have different limiting values when x 
  542.     decreases to 0. But this is a mistake. We must define
  543.  
  544.        x^0 = 1 for all x,
  545.  
  546.     if the binomial theorem is to be valid when x=0, y=0, and/or x=-y.
  547.     The theorem is too important to be arbitrarily restricted! By
  548.     contrast, the function 0^x is quite unimportant." 
  549.  
  550.     Published by Addison-Wesley, 2nd printing Dec, 1988.
  551.  
  552.     References:
  553.  
  554.     H. E. Vaughan, The expression '0^0', Mathematics Teacher 63 (1970),
  555.     pp.111-112.
  556.  
  557.     Louis M. Rotando & Henry Korn, "The Indeterminate Form 0^0",
  558.     Mathematics Magazine, Vol. 50, No. 1 (January 1977), pp. 41-42.
  559.  
  560.     L. J. Paige, A note on indeterminate forms, American Mathematical 
  561.     Monthly, 61 (1954), 189-190; reprinted in the Mathematical 
  562.     Association of America's 1969 volume, Selected Papers on Calculus,
  563.     pp. 210-211.
  564.  
  565.  
  566.  
  567. 9Q:  Why is 0.9999... = 1?
  568.  
  569. A:  In modern mathematics, the string of symbols "0.9999..." is
  570.     understood to be a shorthand for "the infinite sum  9/10 + 9/100
  571.     + 9/1000 + ...." This in turn is shorthand for "the limit of the
  572.     sequence of real numbers 9/10, 9/10 + 9/100, 9/10 + 9/100 + 9/1000,
  573.     ..."  Using the well-known epsilon-delta definition of limit, one
  574.     can easily show that this limit is 1.  The statement that 
  575.     0.9999...  = 1 is simply an abbreviation of this fact.
  576.  
  577.                     oo              m
  578.                    ---   9         ---   9
  579.         0.999... = >   ---- = lim  >   ----
  580.                    --- 10^n  m->oo --- 10^n
  581.                    n=1             n=1
  582.         Choose epsilon > 0. Suppose delta = 1/-log_10 epsilon, thus
  583.         epsilon = 10^(-1/delta). For every m>1/delta we have that
  584.  
  585.         |  m           |
  586.         | ---   9      |     1          1
  587.         | >   ---- - 1 | = ---- < ------------ = epsilon
  588.         | --- 10^n     |   10^m   10^(1/delta)
  589.         | n=1          |
  590.  
  591.         So by the (epsilon-delta) definition of the limit we have
  592.                m
  593.               ---   9
  594.          lim  >   ---- = 1
  595.         m->oo --- 10^n
  596.               n=1
  597.  
  598.  
  599.     An *informal* argument could be given by noticing that the following
  600.     sequence of "natural" operations has as a consequence 1 = 0.9999....
  601.     Therefore it's "natural" to assume 1 = 0.9999.....
  602.  
  603.              x = 0.99999....
  604.            10x = 9.99999....
  605.        10x - x = 9 
  606.             9x = 9                
  607.              x = 1
  608.     Thus
  609.              1 = 0.99999....
  610.  
  611.     References:
  612.  
  613.     E. Hewitt & K. Stromberg, Real and Abstract Analysis, 
  614.     Springer-Verlag, Berlin, 1965.
  615.  
  616.     W. Rudin, Principles of Mathematical Analysis, McGraw-Hill, 1976.
  617.  
  618.  
  619.  
  620. 10Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  621.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  622.     decimal places?
  623.  
  624.  
  625. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  626.     and they can compute another 20,000-500,000 overnight (range depends
  627.     on hardware platform).
  628.  
  629.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  630.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  631.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  632.  
  633.     References :
  634.     (This is a short version for a more comprhensive list contact
  635.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  636.  
  637.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  638.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  639.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  640.  
  641.     P. Beckman
  642.     A history of pi
  643.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  644.  
  645.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  646.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  647.     functions
  648.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  649.  
  650.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  651.     More quadratically converging algorithms for pi
  652.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  653.  
  654.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  655.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  656.     computational complexity
  657.     Wiley, New York, 1987
  658.  
  659.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  660.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  661.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  662.     pp. 231-244
  663.  
  664.     Y. Kanada and Y. Tamura
  665.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  666.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  667.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  668.  
  669.     Morris Newman and Daniel Shanks
  670.     On a sequence arising in series for pi
  671.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  672.     pp. 199-217
  673.  
  674.     E. Salamin
  675.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  676.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  677.  
  678.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  679.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  680.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  681.  
  682.     Daniel Shanks
  683.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  684.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  685.  
  686.     David Singmaster
  687.     The legal values of pi
  688.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  689.  
  690.     Stan Wagon
  691.     Is pi normal?
  692.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  693.  
  694.     J.W. Wrench, Jr.
  695.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  696.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  697.  
  698.  
  699.  
  700.  
  701. 11Q:  There are three doors, and there is a car hidden behind one
  702.     of them, Master Mind and other games ..
  703.  
  704. A:  Read frequently asked questions from rec.puzzles, where the
  705.     problem is solved and carefully explained. (The Monty
  706.     Hall problem). MANY OTHER "MATHEMATICAL" GAMES ARE EXPLAINED
  707.     IN THE REC.PUZZLES FAQ. READ IT BEFORE ASKING IN SCI.MATH.
  708.  
  709.     Your chance of winning is 2/3 if you switch and 1/3 if you don't.
  710.     For a full explanation from the frequently asked questions list
  711.     for rec.puzzles, send to the address archive-request@questrel.com
  712.     an email message consisting of the text
  713.  
  714.                send switch
  715.  
  716.  
  717.     Also any other FAQ list can be obtained through anonymous ftp from
  718.     rtfm.mit.edu.
  719.  
  720.     References
  721.     
  722.     American Mathematical Monthly, January 1992.
  723.  
  724.  
  725.     For the game of Master Mind it has been proven that no more than
  726.     five moves are required in the worst case. For references look at
  727.  
  728.     One such algorithm was published in the Journal of Recreational
  729.     Mathematics; in '70 or '71 (I think), which always solved the
  730.     4 peg problem in 5 moves. Knuth later published an algorithm which
  731.     solves the problem in a shorter # of moves - on average - but can
  732.     take six guesses on certain combinations.
  733.  
  734.  
  735.  
  736.     Donald E. Knuth, The Computer as Master Mind, J. Recreational Mathematics
  737.     9 (1976-77), 1-6.
  738.  
  739.  
  740.  
  741. 12Q:  What is the formula for the "Surface Area" of a sphere in
  742.     Euclidean N-Space.  That is, of course, the volume of the N-1
  743.     solid which comprises the boundary of an N-Sphere.  
  744.  
  745. A:  The volume of a ball is the easiest formula to remember:  It's r^N
  746.     times pi^(N/2)/(N/2)!.  The only hard part is taking the factorial
  747.     of a half-integer.  The real definition is that x! = Gamma(x+1), but
  748.     if you want a formula, it's:
  749.  
  750.     (1/2+n)! = sqrt(pi)*(2n+2)!/(n+1)!/4^(n+1)
  751.  
  752.     To get the surface area, you just differentiate to get
  753.     N*pi^(N/2)/(N/2)!*r^(N-1).
  754.  
  755.     There is a clever way to obtain this formula using Gaussian
  756.     integrals. First, we note that the integral over the line of
  757.     e^(-x^2) is sqrt(pi).  Therefore the integral over N-space of
  758.     e^(-x_1^2-x_2^2-...-x_N^2) is sqrt(pi)^n.  Now we change to
  759.     spherical coordinates.  We get the integral from 0 to infinity 
  760.     of V*r^(N-1)*e^(-r^2), where V is the surface volume of a sphere.
  761.     Integrate by parts repeatedly to get the desired formula.
  762.  
  763. 13Q:  Anyone knows a name (or a closed form) for
  764.   
  765.       f(x)^f(x)=x
  766.  
  767.  
  768.     Solving for f one finds a "continued fraction"-like answer
  769.  
  770.  
  771.                f(x) = log x
  772.                       -----
  773.                       log (log x
  774.                           ------
  775.                               ...........
  776.  
  777. A:  This question has been repeated here from time to time over the 
  778.     years, and no one seems to have heard of any published work on it,
  779.     nor a published name for it (D. Merrit proposes "lx" due to its
  780.     (very) faint resemblence to log). It's not an analytic function.
  781.  
  782.     The "continued fraction" form for its numeric solution is highly 
  783.     unstable in the region of its minimum at 1/e (because the graph is
  784.     quite flat there yet logarithmic approximation oscillates wildly),
  785.     although it converges fairly quickly elsewhere. To compute its value
  786.     near 1/e, I used the bisection method with good results. Bisection
  787.     in other regions converges much more slowly than the "logarithmic 
  788.     continued fraction" form, so a hybrid of the two seems suitable.
  789.     Note that it's dual valued for the reals (and many valued complex
  790.     for negative reals).
  791.  
  792.     A similar function is a "built-in" function in MAPLE called W(x).
  793.     MAPLE considers a solution in terms of W(x) as a closed form (like
  794.     the erf function). W is defined as W(x)*exp(W(x))=x.
  795.  
  796.     If anyone ever runs across something published on the subject,
  797.     please post.
  798.  
  799.  
  800. 14Q:  The existence of a projective plane of order 10 has long been
  801.     an outstanding problem in discrete mathematics and finite geometry.
  802.  
  803. A:  More precisely, the question is: is it possible to define 111 sets
  804.     (lines) of 11 points each such that:
  805.     for any pair of points there is precisely one line containing them
  806.     both and for any pair of lines there is only one point common to
  807.     them both.
  808.     Analogous questions with n^2 + n + 1 and n + 1 instead of 111 and 11
  809.     have been positively answered only in case n is a prime power.
  810.     For n=6 it is not possible.  The n=10 case has been settled as
  811.     not possible either by Clement Lam. See Am. Math. Monthly,
  812.     recent issue. As the "proof" took several years of computer search
  813.     (the equivalent of 2000 hours on a Cray-1) it can be called the most
  814.     time-intensive computer assisted single proof.
  815.     The final steps were ready in January 1989.
  816.  
  817.  
  818. 15Q:  Is there a formula to determine the day of the week, given
  819.     the month, day and year? 
  820.  
  821. A:  Here is the standard method.
  822.  
  823.      A. Take the last two digits of the year.
  824.      B. Divide by 4, discarding any fraction.
  825.      C. Add the day of the month.
  826.      D. Add the month's key value: JFM AMJ JAS OND
  827.                                    144 025 036 146
  828.      E. Subtract 1 for January or February of a non-leap year.
  829.      F. For a Gregorian date, add 0 for 1900's, 6 for 2000's, 4 for 1700's, 2
  830.            for 1800's; for other years, add or subtract multiples of 400.
  831.      G. For a Julian date, add 1 for 1700's, and 1 for every additional
  832.       century you go back.
  833.      H. Add the year.
  834.  
  835.     Now take the remainder when you divide by 7; 0 is Sunday, the first day
  836.     of the week, 1 is Monday, and so on.
  837.  
  838.     Another formula is:
  839.  
  840.     W == k + [2.6m - 0.2] - 2C + Y + [Y/4] + [C/4]     mod 7
  841.        where [] denotes the integer floor function (round down),
  842.        k is day (1 to 31)
  843.        m is month (1 = March, ..., 10 = December, 11 = Jan, 12 = Feb)
  844.                      Treat Jan & Feb as months of the preceding year
  845.        C is century ( 1987 has C = 19)
  846.        Y is year    ( 1987 has Y = 87 except Y = 86 for jan & feb)
  847.        W is week day (0 = Sunday, ..., 6 = Saturday)
  848.  
  849.     This formula is good for the Gregorian calendar
  850.     (introduced 1582 in parts of Europe, adopted in 1752 in Great Britain
  851.     and its colonies, and on various dates in other countries).
  852.  
  853.     It handles century & 400 year corrections, but there is still a 
  854.     3 day / 10,000 year error which the Gregorian calendar does not take.
  855.     into account.  At some time such a correction will have to be 
  856.     done but your software will probably not last that long :-)   !
  857.  
  858.  
  859.     References:
  860.  
  861.     Winning Ways  by Conway, Guy, Berlekamp is supposed to have it.
  862.  
  863.     Martin Gardner in "Mathematical Carnaval".
  864.  
  865.     Michael Keith and Tom Craver, "The Ultimate Perpetual Calendar?",
  866.     Journal of Recreational Mathematics, 22:4, pp. 280-282, 1990.
  867.     
  868.     K. Rosen, "Elementary Number Theory",  p. 156.
  869.  
  870.  
  871.  
  872. 16Q:  What is the Axiom of Choice?  Why is it important? Why some articles
  873.     say "such and such is provable, if you accept the axiom of choice."?
  874.     What are the arguments for and against the axiom of choice?  
  875.  
  876.  
  877. A:  There are several equivalent formulations:
  878.  
  879.     -The Cartesian product of nonempty sets is nonempty, even
  880.     if the product is of an infinite family of sets.
  881.  
  882.     -Given any set S of mutually disjoint nonempty sets, there is a set C
  883.     containing a single member from each element of S.  C can thus be
  884.     thought of as the result of "choosing" a representative from each
  885.     set in S. Hence the name. 
  886.  
  887.     >Why is it important? 
  888.  
  889.     All kinds of important theorems in analysis require it.  Tychonoff's
  890.     theorem and the Hahn-Banach theorem are examples. AC is equivalent
  891.     to the thesis that every set can be well-ordered.  Zermelo's first
  892.     proof of this in 1904 I believe was the first proof in which AC was
  893.     made explicit.  AC is especially handy for doing infinite cardinal
  894.     arithmetic, as without it the most you get is a *partial* ordering
  895.     on the cardinal numbers.  It also enables you to prove such 
  896.     interesting general facts as that n^2 = n for all infinite cardinal 
  897.     numbers.
  898.  
  899.     > What are the arguments for and against the axiom of choice?
  900.  
  901.     The axiom of choice is independent of the other axioms of set theory
  902.     and can be assumed or not as one chooses.
  903.  
  904.     (For) All ordinary mathematics uses it.
  905.  
  906.     There are a number of arguments for AC, ranging from a priori to 
  907.     pragmatic.  The pragmatic argument (Zermelo's original approach) is
  908.     that it allows you to do a lot of interesting mathematics.  The more
  909.     conceptual argument derives from the "iterative" conception of set
  910.     according to which sets are "built up" in layers, each layer consisting
  911.     of all possible sets that can be constructed out of elements in the
  912.     previous layers.  (The building up is of course metaphorical, and is
  913.     suggested only by the idea of sets in some sense consisting of their 
  914.     members; you can't have a set of things without the things it's a set
  915.     of).  If then we consider the first layer containing a given set S of
  916.     pairwise disjoint nonempty sets, the argument runs, all the elements 
  917.     of all the sets in S must exist at previous levels "below" the level
  918.     of S.  But then since each new level contains *all* the sets that can
  919.     be formed from stuff in previous levels, it must be that at least by
  920.     S's level all possible choice sets have already been *formed*. This
  921.     is more in the spirit of Zermelo's later views (c. 1930). 
  922.  
  923.     (Against) It has some supposedly counterintuitive consequences,
  924.     such as the Banach-Tarski paradox. (See next question)
  925.  
  926.     Arguments against AC typically target its nonconstructive character:
  927.     it is a cheat because it conjures up a set without providing any
  928.     sort of *procedure* for its construction--note that no *method* is
  929.     assumed for picking out the members of a choice set.  It is thus the
  930.     platonic axiom par excellence, boldly asserting that a given set
  931.     will always exist under certain circumstances in utter disregard of
  932.     our ability to conceive or construct it.  The axiom thus can be seen
  933.     as marking a divide between two opposing camps in the philosophy of
  934.     mathematics:  those for whom mathematics is essentially tied to our
  935.     conceptual capacities, and hence is something we in some sense
  936.     *create*, and those for whom mathematics is independent of any such
  937.     capacities and hence is something we *discover*.  AC is thus of 
  938.     philosophical as well as mathematical significance.
  939.  
  940.  
  941.     It should be noted that some interesting mathematics has come out of an
  942.     incompatible axiom, the Axiom of Determinacy (AD).  AD asserts that
  943.     any two-person game without ties has a winning strategy for the first or
  944.     second player.  For finite games, this is an easy theorem; for infinite
  945.     games with duration less than \omega and move chosen from a countable set,
  946.     you can prove the existence of a counter-example using AC.  Jech's book
  947.     "The Axiom of Choice" has a discussion.  
  948.  
  949.     An example of such a game goes as follows.  
  950.  
  951.        Choose in advance a set of infinite sequences of integers; call it A.
  952.        Then I pick an integer, then you do, then I do, and so on forever 
  953.        (i.e. length \omega).  When we're done, if the sequence of integers
  954.        we've chosen is in A, I win; otherwise you win.  AD says that one of
  955.        us must have a winning strategy.  Of course the strategy, and which
  956.        of us has it, will depend upon A.
  957.  
  958.  
  959.     From a philosophical/intuitive/pedagogical standpoint, I think Bertrand
  960.     Russell's shoe/sock analogy has a lot to recommend it.  Suppose you have an
  961.     infinite collection of pairs of shoes.  You want to form a set with one
  962.     shoe from each pair.  AC is not necessary, since you can define the set as
  963.     "the set of all left shoes". (Technically, we're using the axiom of
  964.     replacement, one of the basic axioms of Zermelo-Fraenkel (ZF) set theory.)
  965.     If instead you want to form a set containing one sock from each pair of an
  966.     infinite collection of pairs of socks, you now need AC.
  967.  
  968.  
  969.     References:
  970.  
  971.     Maddy, "Believing the Axioms, I", J. Symb. Logic, v. 53, no. 2, June 1988,
  972.     pp. 490-500, and "Believing the Axioms II" in v.53, no. 3.  
  973.  
  974.     Gregory H. Moore, Zermelo's Axiom of Choice, New York, Springer-Verlag,
  975.     1982.
  976.  
  977.     H. Rubin and J. E. Rubin, Equivalents of the Axiom of Choice, Amsterdam,
  978.      North-Holland, 1963.
  979.  
  980.     A. Fraenkel, Y.  Bar-Hillel, and A. Levy, Foundations of Set Theory, 
  981.     Amsterdam, North-Holland, 1984 (2nd edition, 2nd printing), pp. 53-86.
  982.  
  983.  
  984.  
  985. 17Q:  Cutting a sphere into pieces of larger volume. Is it possible
  986.     to cut a sphere into a finite number of pieces and reassemble 
  987.     into a solid of twice the volume?
  988.  
  989. A:  This question has many variants and it is best answered explicitly.
  990.     Given two polygons of the same area, is it always possible to
  991.     dissect one into a finite number of pieces which can be reassembled
  992.     into a replica of the other?
  993.  
  994.     Dissection theory is extensive.  In such questions one needs to
  995.     specify
  996.  
  997.      (A) what a "piece" is,  (polygon?  Topological disk?  Borel-set? 
  998.          Lebesgue-measurable set?  Arbitrary?)
  999.  
  1000.      (B) how many pieces are permitted (finitely many? countably? uncountably?)
  1001.  
  1002.      (C) what motions are allowed in "reassembling" (translations?
  1003.          rotations?  orientation-reversing maps?  isometries?  
  1004.          affine maps?  homotheties?  arbitrary continuous images?  etc.)
  1005.  
  1006.      (D) how the pieces are permitted to be glued together.  The
  1007.          simplest notion is that they must be disjoint.  If the pieces
  1008.          are polygons [or any piece with a nice boundary] you can permit
  1009.          them to be glued along their boundaries, ie the interiors of the
  1010.          pieces disjoint, and their union is the desired figure.
  1011.  
  1012.  
  1013.     Some dissection results
  1014.  
  1015.      1) We are permitted to cut into FINITELY MANY polygons, to TRANSLATE
  1016.         and ROTATE the pieces, and to glue ALONG BOUNDARIES;
  1017.         then Yes, any two equal-area polygons are equi-decomposable.
  1018.  
  1019.         This theorem was proven by Bolyai and Gerwien independently, and has
  1020.         undoubtedly been independently rediscovered many times.  I would not
  1021.         be surprised if the Greeks knew this.
  1022.  
  1023.         The Hadwiger-Glur theorem implies that any two equal-area polygons are
  1024.         equi-decomposable using only TRANSLATIONS and ROTATIONS BY 180
  1025.         DEGREES. 
  1026.  
  1027.      2) THM (Hadwiger-Glur, 1951) Two equal-area polygons P,Q are
  1028.         equi-decomposable by TRANSLATIONS only, iff we have equality of these
  1029.         two functions:     PHI_P() = PHI_Q()
  1030.         Here, for each direction v (ie, each vector on the unit circle in the
  1031.         plane), let PHI_P(v) be the sum of the lengths of the edges of P which
  1032.         are perpendicular to v, where for such an edge, its length is positive
  1033.         if v is an outward normal to the edge and is negative if v is an 
  1034.         inward normal to the edge.
  1035.  
  1036.  
  1037.      3) In dimension 3, the famous "Hilbert's third problem" is:
  1038.      
  1039.        "If P and Q are two polyhedra of equal volume, are they
  1040.         equi-decomposable by means of translations and rotations, by
  1041.         cutting into finitely many sub-polyhedra, and gluing along
  1042.         boundaries?" 
  1043.  
  1044.         The answer is "NO" and was proven by Dehn in 1900, just a few months
  1045.         after the problem was posed. (Ueber raumgleiche polyeder, Goettinger 
  1046.         Nachrichten 1900, 345-354). It was the first of Hilbert's problems
  1047.         to be solved. The proof is nontrivial but does *not* use the axiom 
  1048.         of choice.
  1049.  
  1050.         "Hilbert's Third Problem", by V.G.Boltianskii, Wiley 1978.
  1051.  
  1052.  
  1053.      4) Using the axiom of choice on non-countable sets, you can prove
  1054.         that a solid sphere can be dissected into a finite number of
  1055.         pieces that can be reassembled to two solid spheres, each of
  1056.         same volume of the original. No more than nine pieces are needed.
  1057.  
  1058.         This construction is known as the "Banach-Tarski" paradox or the 
  1059.         "Banach-Tarski-Hausdorff" paradox (Hausdorff did an early version of
  1060.         it).  The "pieces" here are non-measurable sets, and they are
  1061.         assembled *disjointly* (they are not glued together along a boundary,
  1062.         unlike the situation in Bolyai's thm.)
  1063.          An excellent book on Banach-Tarski is:
  1064.  
  1065.         "The Banach-Tarski Paradox", by Stan Wagon, 1985, Cambridge
  1066.         University Press.
  1067.  
  1068.          Also read in the Mathematical Intelligencier an article on
  1069.         the Banach-Tarski Paradox.
  1070.  
  1071.         The pieces are not (Lebesgue) measurable, since measure is preserved
  1072.         by rigid motion. Since the pieces are non-measurable, they do not
  1073.         have reasonable boundaries. For example, it is likely that each piece's
  1074.         topological-boundary is the entire ball.
  1075.  
  1076.         The full Banach-Tarski paradox is stronger than just doubling the
  1077.         ball.  It states:
  1078.  
  1079.      5) Any two bounded subsets (of 3-space) with non-empty interior, are
  1080.         equi-decomposable by translations and rotations.
  1081.  
  1082.         This is usually illustrated by observing that a pea can be cut up
  1083.         into finitely pieces and reassembled into the Earth.
  1084.  
  1085.         The easiest decomposition "paradox" was observed first by Hausdorff:
  1086.  
  1087.      6) The unit interval can be cut up into COUNTABLY many pieces which,
  1088.         by *translation* only, can be reassembled into the interval of
  1089.         length 2.
  1090.  
  1091.         This result is, nowadays, trivial, and is the standard example of a
  1092.         non-measurable set, taught in a beginning graduate class on measure
  1093.         theory.
  1094.  
  1095.  
  1096.         References:
  1097.  
  1098.         In addition to Wagon's book above, Boltyanskii has written at least
  1099.         two works on this subject.  An elementary one is:
  1100.  
  1101.           "Equivalent and equidecomposable figures"
  1102.  
  1103.         in Topics in Mathematics published by D.C. HEATH AND CO., Boston.  It
  1104.         is a translation from the 1956 work in Russian.   
  1105.  
  1106.           Also, the article "Scissor Congruence" by Dubins, Hirsch and ?,
  1107.         which appeared about 20 years ago in the Math Monthly, has a pretty
  1108.         theorem on decomposition by Jordan arcs.
  1109.  
  1110.  
  1111.         ``Banach and Tarski had hoped that the physical absurdity of this
  1112.         theorem would encourage mathematicians to discard AC. They were 
  1113.         dismayed when the response of the math community was `Isn't AC great?
  1114.         How else could we get such unintuitive results?' ''
  1115.  
  1116.  
  1117. 18Q:   Is there a theory of quaternionic analytic functions, that is, a four-
  1118.      dimensional analog to the theory of complex analytic functions?
  1119.     
  1120. A.   Yes.   This was developed in the 1930s by the mathematician
  1121.      Fueter.   It is based on a generalization of the Cauchy-Riemann
  1122.      equations, since the possible alternatives of power series expansions
  1123.      or quaternion differentiability do not produce useful theories.
  1124.      A number of useful integral theorems follow from the theory.
  1125.      Sudbery provides an excellent review.  Deavours covers some of the same
  1126.      material less thoroughly.   Brackx discusses a further generalization
  1127.      to arbitrary Clifford algebras.
  1128.  
  1129.  
  1130.       Anthony Sudbery, Quaternionic Analysis, Proc. Camb. Phil. Soc.,
  1131.       vol. 85, pp 199-225, 1979.
  1132.  
  1133.       Cipher A. Deavours, The Quaternion Calculus, Am. Math. Monthly,
  1134.       vol. 80, pp 995-1008, 1973.
  1135.  
  1136.       F. Brackx and R. Delanghe and F. Sommen, Clifford analysis,
  1137.       Pitman, 1983.
  1138.  
  1139.  
  1140. 19Q:  What is the Erdos Number?
  1141.  
  1142.      Form an undirected graph where the vertices are academics, and an
  1143.      edge connects academic X to academic Y if X has written a paper
  1144.      with Y.  The Erdos number of X is the length of the shortest path
  1145.      in this graph connecting X with Erdos.
  1146.  
  1147.      What is the Erdos Number of X ? for a few selected X in {Math,physics}
  1148.  
  1149.      Erdos has Erdos number 0.  Co-authors of Erdos have Erdos number 1.
  1150.      Einstein has Erdos number 2, since he wrote a paper with Ernst Straus,
  1151.      and Straus wrote many papers with Erdos.
  1152.  
  1153.      Why people care about it?
  1154.  
  1155.      Nobody seems to have a reasonable answer...
  1156.  
  1157.  
  1158.       Caspar Goffman, And what is your Erdos number?, American Mathematical
  1159.       Monthly v. 76 (1969), p. 791.
  1160.  
  1161.  
  1162. 20Q:  Does there exist a number that is perfect and odd?
  1163.  
  1164.      A given number is perfect if it is equal to the sum of all its positive
  1165.      divisors. This question was first posed by Euclid in ancient Greece.
  1166.      This question is still open.  Euler proved that if  N  is an odd
  1167.      perfect number, then in the prime power decomposition of N, exactly 
  1168.      one exponent is congruent to 1 mod 4 and all the other exponents are
  1169.      even. Furthermore, the prime occuring to an odd power must itself be
  1170.      congruent to 1 mod 4.  A sketch of the proof appears in Exercise 87,
  1171.      page 203 of Underwood Dudley's Elementary Number Theory, 2nd ed.  
  1172.  
  1173.  
  1174.  
  1175.  
  1176.  
  1177. --------------------------------------------------------------------------
  1178. Questions and Answers _Compiled_ by:
  1179.  
  1180. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1181. Deparment of Computer Science                       University of Waterloo
  1182. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1183.