home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Surfer: Getting Started / Internet Surfer - Getting Started (Wayzata Technology)(7231)(1995).bin / pc / textfile / mac_faqs / sci_math < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1995-01-01  |  46.4 KB

  1. Xref: bloom-picayune.mit.edu sci.math:37765 news.answers:4736
  2. Path: bloom-picayune.mit.edu!enterpoop.mit.edu!hri.com!spool.mu.edu!olivea!sun-barr!cs.utexas.edu!torn!watserv2.uwaterloo.ca!watdragon.uwaterloo.ca!maytag.uwaterloo.ca!alopez-o
  3. From: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  4. Newsgroups: sci.math,news.answers
  5. Subject: sci.math: Frequently Asked Questions
  6. Summary: (version 3.4)
  7. Message-ID: <BzM4Gn.LCw@watdragon.uwaterloo.ca>
  8. Date: 21 Dec 92 14:05:10 GMT
  9. Sender: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  10. Reply-To: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  11. Followup-To: sci.math
  12. Organization: University of Waterloo
  13. Lines: 1147
  14. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  15. Originator: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  16.  
  17. Archive-Name: sci-math-faq
  18. Version: $Id: sci-math-faq,v 3.6 92/12/07 18:14:00 $
  19.  
  20. This is a list of frequently asked questions for sci.math (version 3.6).
  21. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  22. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  23.  
  24. Changes of version will be important enough to deserve reading the FAQ
  25. list again. Additions are marked with a # on the table of contents.
  26. Still you may kill all versions of FAQ using the * wildcard. (Ask your
  27. local unix guru for ways to do so). The FAQ is available via ftp in
  28. rtfm.mit.edu (18.172.1.27).
  29.  
  30. The list of contributors to this FAQ list is to large to include here;
  31. but thanks are due to all of them (you know who you are folks).
  32.  
  33.              Table of Contents
  34.              -----------------
  35.  
  36.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of ..
  37.  2Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  38.  3Q.- Values of Record Numbers      
  39.  4Q.- General Netiquette
  40.  5Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  41.  6Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  42.  7Q.- Fields Medal, general info ..
  43.  8Q.- 0^0=1. A comprehensive approach ..   
  44.  9Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  45. 10Q.- Digits of Pi, computation and references ..
  46. 11Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  47.       other games .. #
  48. 12Q.- Surface and Volume of the n-ball  
  49. 13Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  50. 14Q.- Projective plane of order 10 ..   
  51. 15Q.- How to compute day of week of a given date ..
  52. 16Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis? 
  53. 17Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume  
  54. 18Q.- Pointers to Quaternions
  55. 19Q.- Erdos Number # 
  56.  
  57.  
  58. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  59.     (There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that 
  60.     x^n + y^n = z^n)  
  61.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  62.     on the proof was found to be wrong. ...
  63.     (wlog we assume x,y,z to be relatively prime)
  64.  
  65. A:  The status of FLT has remained remarkably constant.  Every few
  66.     years, someone claims to have a proof ... but oh, wait, not quite.
  67.     Meanwhile, it is proved true for ever greater values of the exponent
  68.     (but not all of them), and ties are shown between it and other
  69.     conjectures (if only we could prove one of them), and ... so it has
  70.     been for quite some time.  It has been proved that for each 
  71.     exponent, there are at most a finite number of counter-examples to
  72.     FLT.
  73.  
  74.     Here is a brief survey of the status of FLT. It is not intended to
  75.     be 'deep', but it is rather for non-specialists.
  76.  
  77.     The theorem is broken into 2 cases. The first case assumes 
  78.     (abc,n) = 1. The second case is the general case.
  79.  
  80.     What has been PROVED
  81.     --------------------
  82.  
  83.     First Case.
  84.  
  85.     It has been proven true up to 7.568x10^17 by the work of Wagstaff &
  86.     Tanner, Granville&Monagan, and Coppersmith. They all used extensions
  87.     of the Wiefrich criteria and improved upon work performed by 
  88.     Gunderson and Shanks&Williams.
  89.  
  90.     The first case has been proven to be true for an infinite number of 
  91.     exponents by Adelman, Frey, et. al. using a generalization of the
  92.     Sophie Germain criterion
  93.  
  94.   
  95.     Second Case:
  96.  
  97.     It has been proven true up to n = 150,000 by Tanner & Wagstaff. The
  98.     work used new techniques for computing Bernoulli numbers mod p and 
  99.     improved upon work of Vandiver. The work involved computing the
  100.     irregular primes up to 150,000. FLT is true for all regular primes 
  101.     by a theorem of Kummer. In the case of irregular primes, some
  102.     additional computations are needed.
  103.  
  104.     UPDATE : 
  105.  
  106.     Fermat's Last Theorem has been proved true up to exponent 2,000,000
  107.     in the general case. The method used was essentially that of Wagstaff:
  108.     enumerating and eliminating irregular primes by Bernoulli number
  109.     computations. The computations were performed on a set of NeXT
  110.     computers by Richard Crandall.
  111.  
  112.     Since the genus of the curve a^n + b^n = 1, is greater than or equal
  113.     to 2 for n > 3, it follows from Mordell's theorem [proved by
  114.     Faltings], that for any given n, there are at most a finite number
  115.     of solutions.
  116.  
  117.  
  118.     Conjectures
  119.     -----------
  120.  
  121.     There are many open conjectures that imply FLT. These conjectures
  122.     come from different directions, but can be basically broken into
  123.     several classes: (and there are interrelationships between the 
  124.     classes)
  125.     
  126.     (a) conjectures arising from Diophantine approximation theory such 
  127.     as the ABC conjecture, the Szpiro conjecture, the Hall conjecture,
  128.     etc.
  129.  
  130.     For an excellent survey article on these subjects see the article
  131.     by Serge Lang in the Bulletin of the AMS, July 1990 entitled
  132.     "Old and new conjectured diophantine inequalities".
  133.  
  134.     Masser and Osterle formulated the following known as the ABC 
  135.     conjecture:
  136.  
  137.     Given epsilon > 0, there exists a number C(epsilon) such that for
  138.     any set of non-zero, relatively prime integers a,b,c such that 
  139.     a+b = c we have
  140.  
  141.     max( |a|, |b|, |c|) <= C(epsilon) N(abc)^(1 + epsilon)
  142.  
  143.     where N(x) is the product of the distinct primes dividing x.
  144.  
  145.     It is easy to see that it implies FLT asymptotically. The conjecture
  146.     was motivated by a theorem, due to Mason that essentially says the
  147.     ABC conjecture IS true for polynomials.
  148.  
  149.     The ABC conjecture also implies Szpiro's conjecture [and vice-versa]
  150.     and Hall's conjecture. These results are all generally believed to
  151.     be true. 
  152.  
  153.     There is a generalization of the ABC conjecture [by Vojta] which is
  154.     too technical to discuss but involves heights of points on
  155.     non-singular algebraic varieties . Vojta's conjecture also implies
  156.     Mordell's theorem [already known to be true]. There are also a
  157.     number of inter-twined conjectures involving heights on elliptic
  158.     curves that are related to much of this stuff. For a more complete 
  159.     discussion, see Lang's article.
  160.     
  161.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  162.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  163.  
  164.     There is a very important and well known conjecture known as the
  165.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  166.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  167.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  168.     ABC conj.
  169.     
  170.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  171.     parameterized in terms of modular forms. 
  172.  
  173.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  174.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  175.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  176.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  177.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  178.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  179.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  180.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  181.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  182.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  183.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  184.     theorem].
  185.     
  186.     
  187.  
  188.     (c) Conjectures arising from some conjectured inequalities involving
  189.     Chern classes and some other deep results/conjectures in arithmetic
  190.     algebraic geometry. 
  191.  
  192.     I can't describe these results since I don't know the math. Contact
  193.     Barry Mazur [or Serre, or Faltings, or Ribet, or ...]. Actually the
  194.     set of people who DO understand this stuff is fairly small.
  195.  
  196.  
  197.     The diophantine and elliptic curve conjectures all involve deep 
  198.     properties of integers. Until these conjecture were tied to FLT,
  199.     FLT had been regarded by most mathematicians as an isolated problem;
  200.     a curiosity. Now it can be seen that it follows from some deep and
  201.     fundamental properties of the integers. [not yet proven but
  202.     generally believed].
  203.  
  204.     This synopsis is quite brief. A full survey would run to many pages.
  205.  
  206.     References:
  207.  
  208.     [1] J.P.Butler, R.E.Crandall, & R.W.Sompolski
  209.     "Irregular Primes to One Million"
  210.      Math. Comp. 59 (October 1992) pp. 717-722
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217. 2Q: Has the Four Colour Theorem been solved?
  218.     (Every planar map with regions of simple borders can be coloured 
  219.     with 4 colours in such a way that no two regions sharing a non-zero
  220.     length border have the same colour.)
  221.  
  222. A:  This theorem was proved with the aid of a computer in 1976.
  223.     The proof shows that if aprox. 1,936  basic forms of maps
  224.     can be coloured with four colours, then any given map can be
  225.     coloured with four colours. A computer program coloured this 
  226.     basic forms. So far nobody has been able to prove it without 
  227.     using a computer. In principle it is possible to emulate the 
  228.     computer proof by hand computations.
  229.  
  230.     References:
  231.  
  232.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  233.     Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 82, 1976 
  234.     pp.711-712.
  235.  
  236.     K. Appel and W. Haken, Every planar map is four colourable,
  237.     Illinois Journal of Mathematics, vol. 21, 1977, pp. 429-567.
  238.  
  239.     T. Saaty and Paul Kainen, The Four Colour Theorem: Assault and
  240.     Conquest, McGraw-Hill, 1977. Reprinted by Dover Publications 1986. 
  241.  
  242.     K. Appel and W. Haken, Every Planar Map is Four Colorable,
  243.     Contemporary Mathematics, vol. 98, American Mathematical Society,
  244.     1989, pp.741.
  245.  
  246.     F. Bernhart, Math Reviews. 91m:05007, Dec. 1991. (Review of Appel
  247.     and Haken's book).
  248.  
  249.  
  250.  
  251.  
  252. 3Q:  What are the values of:
  253.  
  254. largest known Mersenne prime?
  255.  
  256. A:  It is 2^756839-1. It was discovered by a Cray-2 in England in 1992.
  257.     It has 227,832 digits.
  258.  
  259.     
  260. largest known prime?
  261.  
  262. A:  The largest known prime was 391581*2^216193 - 1.  See Brown, Noll,
  263.     Parady, Smith, Smith, and Zarantonello, Letter to the editor,
  264.     American Mathematical Monthly, vol. 97, 1990, p. 214.
  265.  
  266.     Now the largest known prime is the Mersenne prime described above.
  267.  
  268.     
  269. largest known twin primes?
  270.     
  271. A:  The largest known twin primes are 1706595*2^11235 +- 1.
  272.     See B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  273.     Smith, Noll and Brown.
  274.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  275.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  276.  
  277.  
  278. largest Fermat number with known factorization?
  279.  
  280. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  281.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  282.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  283.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  284.  
  285.  
  286. Are there good algorithms to factor a given integer?
  287.  
  288. A:  There are several that have subexponential estimated 
  289.     running time, to mention just a few:
  290.  
  291.         Continued fraction algorithm,
  292.         Class group method,
  293.         Quadratic sieve algorithm,
  294.         Elliptic curve algorithm,
  295.         Number field sieve,
  296.         Dixon's random squares algorithm,
  297.         Valle's two-thirds algorithm,
  298.         Seysen's class group algorithm,
  299.  
  300.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  301.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  302.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  303.     673-715, 1990.
  304.  
  305.  
  306. List of record numbers?
  307.  
  308. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  309.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  310.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  311.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  312.     (greater than 1000 digits).
  313.  
  314.  
  315. What is the current status on Mersenne primes?
  316.  
  317. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  318.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  319.     known.
  320.  
  321.     nr            p                                 year  by
  322.     -----------------------------------------------------------------
  323.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  324.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  325.      8          31                       1750  Euler
  326.      9          61                       1883  Pervouchine
  327.     10          89                       1911  Powers
  328.     11          107                      1914  Powers
  329.     12          127                      1876  Lucas
  330.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  331.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  332.     18          3217                     1957  Riesel
  333.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  334.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  335.     24          19937                    1971  Tuckerman
  336.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  337.     26          23209                    1979  Noll
  338.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  339.     28          86243                    1982  Slowinski
  340.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  341.     30          132049                   1983  Slowinski
  342.     31          216091                   1985  Slowinski
  343.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  344.  
  345.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  346.     test:
  347.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  348.          u := 4
  349.          for i from 3 to p do
  350.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  351.          od
  352.          if u == 0 then
  353.             2^p-1 is prime
  354.          else
  355.             2^p-1 is composite
  356.          fi
  357.  
  358.    The following ranges have been checked completely:
  359.     2 - 355K and  430K - 520K
  360.  
  361.    More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  362.       G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  363.       fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  364.  
  365.  
  366. (Please send updates to alopez-o@maytag.UWaterloo.ca)
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371. 4Q:  I think I proved <insert big conjecture>.    OR
  372.     I think I have a bright new idea.
  373.  
  374.     What should I do?
  375.  
  376. A:  Are you an expert in the area? If not, please ask first local
  377.     gurus for pointers to related work (the "distribution" field
  378.     may serve well for this purposes). If after reading them you still
  379.     think your *proof is correct*/*idea is new* then send it to the net.
  380.  
  381.  
  382. 5Q:  I have this complicated symbolic problem (most likely
  383.     a symbolic integral or a DE system) that I can't solve.
  384.     What should I do?
  385.  
  386. A:  Find a friend with access to a computer algebra system
  387.     like MAPLE, MACSYMA or MATHEMATICA and ask her/him to solve it.
  388.     If packages cannot solve it, then (and only then) ask the net. 
  389.  
  390.  
  391. 6Q:  Where can I get <Symbolic Computation Package>?
  392.     This is not a comprehensive list. There are other Computer Algebra
  393.     packages available that may better suit your needs. There is also
  394.     a FAQ list in the group sci.math.symbolics which may have the
  395.     info your looking for.
  396.  
  397. A: Maple 
  398.         Purpose: Symbolic and numeric computation, mathematical
  399.         programming, and mathematical visualization. 
  400.         Contact: Waterloo Maple Software,
  401.         160 Columbia Street West,
  402.         Waterloo, Ontario, Canada     N2L 3L3
  403.         Phone: (519) 747-2373 
  404.         wmsi@daisy.uwaterloo.ca wmsi@daisy.waterloo.edu
  405.  
  406. A: DOE-Macsyma  
  407.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  408.         Contact: National Energy Software Center
  409.         Argonne National Laboratory 9700 South Cass Avenue
  410.         Argonne, Illinois 60439 
  411.         Phone: (708) 972-7250
  412.  
  413. A: Pari    
  414.         Purpose: Number-theoretic computations and simple numerical
  415.         analysis.
  416.         Available for Sun 3, Sun 4, generic 32-bit Unix, and
  417.         Macintosh II. This is a free package, available by ftp from
  418.         math.ucla.edu (128.97.64.16).
  419.         Contact: questions about pari can be sent to pari@mizar.greco-prog.fr
  420.  
  421. A: Mathematica
  422.         Purpose: Mathematical computation and visualization,
  423.         symbolic programming. 
  424.         Contact: Wolfram Research, Inc. 
  425.         100 Trade Center Drive Champaign,
  426.         IL 61820-7237
  427.         Phone: 1-800-441-MATH
  428.  
  429. A: Macsyma
  430.         Purpose: Symbolic and mathematical manipulations.
  431.     Contact: Symbolics, Inc.
  432.     8 New England Executive Park East
  433.     Burlington, Massachusetts 01803
  434.     United States of America
  435.     (617) 221-1250
  436.     macsyma@Symbolics.COM
  437.  
  438. A: Matlab
  439.         Purpose: `matrix laboratory' for tasks involving 
  440.     matrices, graphics and general numerical computation.
  441.     Contact: The MathWorks, Inc.
  442.          21 Eliot Street
  443.          South Natick, MA 01760
  444.          508-653-1415
  445.          info@mathworks.com
  446.  
  447. A: Cayley
  448.         Purpose: Computation in algebraic and combinatorial structures
  449.         such as groups, rings, fields, modules and graphs.
  450.         Available for: SUN 3, SUN 4, IBM running AIX or VM, DEC VMS, others
  451.         Contact: Computational Algebra Group
  452.         University of Sydney
  453.         NSW 2006
  454.         Australia
  455.         Phone:  (61) (02) 692 3338
  456.         Fax: (61) (02) 692 4534
  457.         cayley@maths.su.oz.au
  458.  
  459.  
  460.  
  461. 7Q:  Let P be a property about the Fields Medal. Is P(x) true?
  462.  
  463. A:  There are a few gaps in the list. If you know any of the
  464.     missing information (or if you notice any mistakes), 
  465.     please send me e-mail.
  466.  
  467. Year Name               Birthplace              Age Institution
  468. ---- ----               ----------              --- -----------
  469. 1936 Ahlfors, Lars      Helsinki       Finland   29 Harvard U         USA
  470. 1936 Douglas, Jesse     New York NY    USA       39 MIT               USA
  471. 1950 Schwartz, Laurent  Paris          France    35 U of Nancy        France
  472. 1950 Selberg, Atle      Langesund      Norway    33 Adv.Std.Princeton USA 
  473. 1954 Kodaira, Kunihiko  Tokyo          Japan     39 Princeton U       USA
  474. 1954 Serre, Jean-Pierre Bages          France    27 College de France France
  475. 1958 Roth, Klaus        Breslau        Germany   32 U of London       UK
  476. 1958 Thom, Rene         Montbeliard    France    35 U of Strasbourg   France
  477. 1962 Hormander, Lars    Mjallby        Sweden    31 U of Stockholm    Sweden
  478. 1962 Milnor, John       Orange NJ      USA       31 Princeton U       USA
  479. 1966 Atiyah, Michael    London         UK        37 Oxford U          UK
  480. 1966 Cohen, Paul        Long Branch NJ USA       32 Stanford U        USA
  481. 1966 Grothendieck, Alexander Berlin    Germany   38 U of Paris        France
  482. 1966 Smale, Stephen     Flint MI       USA       36 UC Berkeley       USA
  483. 1970 Baker, Alan        London         UK        31 Cambridge U       UK
  484. 1970 Hironaka, Heisuke  Yamaguchi-ken  Japan     39 Harvard U         USA
  485. 1970 Novikov, Serge     Gorki          USSR      32 Moscow U          USSR
  486. 1970 Thompson, John     Ottawa KA      USA       37 U of Chicago      USA
  487. 1974 Bombieri, Enrico   Milan          Italy     33 U of Pisa         Italy
  488. 1974 Mumford, David     Worth, Sussex  UK        37 Harvard U         USA
  489. 1978 Deligne, Pierre    Brussels       Belgium   33 IHES              France
  490. 1978 Fefferman, Charles Washington DC  USA       29 Princeton U       USA
  491. 1978 Margulis, Gregori  Moscow         USSR      32 InstPrblmInfTrans USSR
  492. 1978 Quillen, Daniel    Orange NJ      USA       38 MIT               USA
  493. 1982 Connes, Alain      Draguignan     France    35 IHES              France
  494. 1982 Thurston, William  Washington DC  USA       35 Princeton U       USA
  495. 1982 Yau, Shing-Tung    Kwuntung       China     33 IAS               USA
  496. 1986 Donaldson, Simon   Cambridge      UK        27 Oxford U          UK
  497. 1986 Faltings, Gerd     1954           Germany   32 Princeton U       USA
  498. 1986 Freedman, Michael  Los Angeles CA USA       35 UC San Diego      USA
  499. 1990 Drinfeld, Vladimir Kharkov        USSR      36 Phys.Inst.Kharkov USSR
  500. 1990 Jones, Vaughan     Auckland       N Zealand 38 UC Berkeley       USA
  501. 1990 Mori, Shigefumi    Nagoya         Japan     39 U of Kyoto?       Japan
  502. 1990 Witten, Edward     ?              USA       38 Princeton U/IAS   USA
  503.  
  504. References :
  505.  
  506. International Mathematical Congresses, An Illustrated History 1893-1986,
  507. Revised Edition, Including 1986, by Donald J.Alberts, G. L. Alexanderson 
  508. and Constance Reid, Springer Verlag, 1987.
  509.  
  510. Tropp, Henry S., ``The origins and history of the Fields Medal,''
  511. Historia Mathematica, 3(1976), 167-181.  
  512.  
  513.  
  514. 8Q:  What is 0^0 ?
  515.  
  516. A:  According to some Calculus textbooks, 0^0 is an "indeterminate
  517.     form". When evaluating a limit of the form 0^0, then you need
  518.     to know that limits of that form are called "indeterminate forms",
  519.     and that you need to use a special technique such as L'Hopital's
  520.     rule to evaluate them. Otherwise, 0^0=1 seems to be the most
  521.     useful choice for 0^0. This convention allows us to extend 
  522.     definitions in different areas of mathematics that otherwise would
  523.     require treating 0 as a special case. Notice that 0^0 is a
  524.     discontinuity of the function x^y. 
  525.    
  526.     Rotando & Korn show that if f and g are real functions that vanish
  527.     at the origin and are _analytic_ at 0 (infinitely differentiable is
  528.     not sufficient), then f(x)^g(x) approaches 1 as x approaches 0 from
  529.     the right.
  530.  
  531.     From Concrete Mathematics p.162 (R. Graham, D. Knuth, O. Patashnik):
  532.  
  533.     "Some textbooks leave the quantity 0^0 undefined, because the
  534.     functions x^0 and 0^x have different limiting values when x 
  535.     decreases to 0. But this is a mistake. We must define
  536.  
  537.        x^0 = 1 for all x,
  538.  
  539.     if the binomial theorem is to be valid when x=0, y=0, and/or x=-y.
  540.     The theorem is too important to be arbitrarily restricted! By
  541.     contrast, the function 0^x is quite unimportant." 
  542.  
  543.     Published by Addison-Wesley, 2nd printing Dec, 1988.
  544.  
  545.     Another reference is:
  546.  
  547.     H. E. Vaughan, The expression '0^0', Mathematics 
  548.     Teacher 63 (1970), pp.111-112.
  549.  
  550.  
  551.     Louis M. Rotando & Henry Korn, "The Indeterminate Form 0^0",
  552.     Mathematics Magazine, Vol. 50, No. 1 (January 1977),
  553.     pp. 41-42.
  554.  
  555.     L. J. Paige, A note on indeterminate forms, American
  556.     Mathematical Monthly, 61 (1954), 189-190; reprinted
  557.     in the Mathematical Association of America's 1969
  558.     volume, Selected Papers on Calculus, pp. 210-211.
  559.  
  560.  
  561.  
  562. 9Q:  Why is 0.9999... = 1?
  563.  
  564. A:  In modern mathematics, the string of symbols "0.9999..." is
  565.     understood to be a shorthand for "the infinite sum  9/10 + 9/100
  566.     + 9/1000 + ...." This in turn is shorthand for "the limit of the
  567.     sequence of real numbers 9/10, 9/10 + 9/100, 9/10 + 9/100 + 9/1000,
  568.     ..."  Using the well-known epsilon-delta definition of limit, one
  569.     can easily show that this limit is 1.  The statement that 
  570.     0.9999...  = 1 is simply an abbreviation of this fact.
  571.  
  572.                     oo              m
  573.                    ---   9         ---   9
  574.         0.999... = >   ---- = lim  >   ----
  575.                    --- 10^n  m->oo --- 10^n
  576.                    n=1             n=1
  577.         Choose epsilon > 0. Suppose delta = 1/-log_10 epsilon, thus
  578.         epsilon = 10^(-1/delta). For every m>1/delta we have that
  579.  
  580.         |  m           |
  581.         | ---   9      |     1          1
  582.         | >   ---- - 1 | = ---- < ------------ = epsilon
  583.         | --- 10^n     |   10^m   10^(1/delta)
  584.         | n=1          |
  585.  
  586.         So by the (epsilon-delta) definition of the limit we have
  587.                m
  588.               ---   9
  589.          lim  >   ---- = 1
  590.         m->oo --- 10^n
  591.               n=1
  592.  
  593.  
  594.     An *informal* argument could be given by noticing that the following
  595.     sequence of "natural" operations has as a consequence 1 = 0.9999....
  596.     Therefore it's "natural" to assume 1 = 0.9999.....
  597.  
  598.              x = 0.99999....
  599.            10x = 9.99999....
  600.        10x - x = 9 
  601.             9x = 9                
  602.              x = 1
  603.     Thus
  604.              1 = 0.99999....
  605.  
  606.     References:
  607.  
  608.     E. Hewitt & K. Stromberg, Real and Abstract Analysis, 
  609.     Springer-Verlag, Berlin, 1965.
  610.  
  611.     W. Rudin, Principles of Mathematical Analysis, McGraw-Hill, 1976.
  612.  
  613.  
  614.  
  615. 10Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  616.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  617.     decimal places?
  618.  
  619.  
  620. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  621.     and they can compute another 20,000-500,000 overnight (range depends
  622.     on hardware platform).
  623.  
  624.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  625.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  626.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  627.  
  628.     References :
  629.     (This is a short version for a more comprhensive list contact
  630.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  631.  
  632.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  633.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  634.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  635.  
  636.     P. Beckman
  637.     A history of pi
  638.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  639.  
  640.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  641.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  642.     functions
  643.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  644.  
  645.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  646.     More quadratically converging algorithms for pi
  647.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  648.  
  649.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  650.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  651.     computational complexity
  652.     Wiley, New York, 1987
  653.  
  654.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  655.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  656.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  657.     pp. 231-244
  658.  
  659.     Y. Kanada and Y. Tamura
  660.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  661.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  662.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  663.  
  664.     Morris Newman and Daniel Shanks
  665.     On a sequence arising in series for pi
  666.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  667.     pp. 199-217
  668.  
  669.     E. Salamin
  670.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  671.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  672.  
  673.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  674.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  675.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  676.  
  677.     Daniel Shanks
  678.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  679.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  680.  
  681.     David Singmaster
  682.     The legal values of pi
  683.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  684.  
  685.     Stan Wagon
  686.     Is pi normal?
  687.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  688.  
  689.     J.W. Wrench, Jr.
  690.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  691.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  692.  
  693.  
  694.  
  695.  
  696. 11Q:  There are three doors, and there is a car hidden behind one
  697.     of them, Master Mind and other games ..
  698.  
  699. A:  Read frequently asked questions from rec.puzzles, where the
  700.     problem is solved and carefully explained. (The Monty
  701.     Hall problem). MANY OTHER "MATHEMATICAL" GAMES ARE EXPLAINED
  702.     IN THE REC.PUZZLES FAQ. READ IT BEFORE ASKING IN SCI.MATH.
  703.  
  704.     Your chance of winning is 2/3 if you switch and 1/3 if you don't.
  705.     For a full explanation from the frequently asked questions list
  706.     for rec.puzzles, send to the address netlib@peregrine.com an email
  707.     message consisting of the text
  708.  
  709.                send switch
  710.  
  711.  
  712.     References
  713.     
  714.     American Mathematical Monthly, January 1992.
  715.  
  716.  
  717.     For the game of Master Mind it has been proven that no more than
  718.     five moves are required in the worst case. For references look at
  719.  
  720.     One such algorithm was published in the Journal of Recreational
  721.     Mathematics; in '70 or '71 (I think), which always solved the
  722.     4 peg problem in 5 moves. Knuth later published an algorithm which
  723.     solves the problem in a shorter # of moves - on average - but can
  724.     take six guesses on certain combinations.
  725.  
  726.  
  727.  
  728.     Donald E. Knuth, The Computer as Master Mind, J. Recreational Mathematics
  729.     9 (1976-77), 1-6.
  730.  
  731.  
  732.  
  733. 12Q:  What is the formula for the "Surface Area" of a sphere in
  734.     Euclidean N-Space.  That is, of course, the volume of the N-1
  735.     solid which comprises the boundary of an N-Sphere.  
  736.  
  737. A:  The volume of a ball is the easiest formula to remember:  It's r^N
  738.     times pi^(N/2)/(N/2)!.  The only hard part is taking the factorial
  739.     of a half-integer.  The real definition is that x! = Gamma(x+1), but
  740.     if you want a formula, it's:
  741.  
  742.     (1/2+n)! = sqrt(pi)*(2n+2)!/(n+1)!/4^(n+1)
  743.  
  744.     To get the surface area, you just differentiate to get
  745.     N*pi^(N/2)/(N/2)!*r^(N-1).
  746.  
  747.     There is a clever way to obtain this formula using Gaussian
  748.     integrals. First, we note that the integral over the line of
  749.     e^(-x^2) is sqrt(pi).  Therefore the integral over N-space of
  750.     e^(-x_1^2-x_2^2-...-x_N^2) is sqrt(pi)^n.  Now we change to
  751.     spherical coordinates.  We get the integral from 0 to infinity 
  752.     of V*r^(N-1)*e^(-r^2), where V is the surface volume of a sphere.
  753.     Integrate by parts repeatedly to get the desired formula.
  754.  
  755. 13Q:  Anyone knows a name (or a closed form) for
  756.   
  757.       f(x)^f(x)=x
  758.  
  759.  
  760.     Solving for f one finds a "continued fraction"-like answer
  761.  
  762.  
  763.                f(x) = log x
  764.                       -----
  765.                       log (log x
  766.                           ------
  767.                               ...........
  768.  
  769. A:  This question has been repeated here from time to time over the 
  770.     years, and no one seems to have heard of any published work on it,
  771.     nor a published name for it (D. Merrit proposes "lx" due to its
  772.     (very) faint resemblence to log). It's not an analytic function.
  773.  
  774.     The "continued fraction" form for its numeric solution is highly 
  775.     unstable in the region of its minimum at 1/e (because the graph is
  776.     quite flat there yet logarithmic approximation oscillates wildly),
  777.     although it converges fairly quickly elsewhere. To compute its value
  778.     near 1/e, I used the bisection method with good results. Bisection
  779.     in other regions converges much more slowly than the "logarithmic 
  780.     continued fraction" form, so a hybrid of the two seems suitable.
  781.     Note that it's dual valued for the reals (and many valued complex
  782.     for negative reals).
  783.  
  784.     A similar function is a "built-in" function in MAPLE called W(x).
  785.     MAPLE considers a solution in terms of W(x) as a closed form (like
  786.     the erf function). W is defined as W(x)*exp(W(x))=x.
  787.  
  788.     If anyone ever runs across something published on the subject,
  789.     please post.
  790.  
  791.  
  792. 14Q:  The existence of a projective plane of order 10 has long been
  793.     an outstanding problem in discrete mathematics and finite geometry.
  794.  
  795. A:  More precisely, the question is: is it possible to define 111 sets
  796.     (lines) of 11 points each such that:
  797.     for any pair of points there is precisely one line containing them
  798.     both and for any pair of lines there is only one point common to
  799.     them both.
  800.     Analogous questions with n^2 + n + 1 and n + 1 instead of 111 and 11
  801.     have been positively answered only in case n is a prime power.
  802.     For n=6 it is not possible.  The n=10 case has been settled as
  803.     not possible either by Clement Lam. See Am. Math. Monthly,
  804.     recent issue. As the "proof" took several years of computer search
  805.     (the equivalent of 2000 hours on a Cray-1) it can be called the most
  806.     time-intensive computer assisted single proof.
  807.     The final steps were ready in January 1989.
  808.  
  809.  
  810. 15Q:  Is there a formula to determine the day of the week, given
  811.     the month, day and year? 
  812.  
  813. A:  Here is the standard method.
  814.  
  815.      A. Take the last two digits of the year.
  816.      B. Divide by 4, discarding any fraction.
  817.      C. Add the day of the month.
  818.      D. Add the month's key value: JFM AMJ JAS OND
  819.                                    144 025 036 146
  820.      E. Subtract 1 for January or February of a non-leap year.
  821.      F. For a Gregorian date, add 0 for 1900's, 6 for 2000's, 4 for 1700's, 2
  822.            for 1800's; for other years, add or subtract multiples of 400.
  823.      G. For a Julian date, add 1 for 1700's, and 1 for every additional
  824.       century you go back.
  825.      H. Add the year.
  826.  
  827.     Now take the remainder when you divide by 7; 0 is Sunday, the first day
  828.     of the week, 1 is Monday, and so on.
  829.  
  830.     Another formula is:
  831.  
  832.     W == k + [2.6m - 0.2] - 2C + Y + [Y/4] + [C/4]     mod 7
  833.        where [] denotes the integer floor function (round down),
  834.        k is day (1 to 31)
  835.        m is month (1 = March, ..., 10 = December, 11 = Jan, 12 = Feb)
  836.                      Treat Jan & Feb as months of the preceding year
  837.        C is century ( 1987 has C = 19)
  838.        Y is year    ( 1987 has Y = 87 except Y = 86 for jan & feb)
  839.        W is week day (0 = Sunday, ..., 6 = Saturday)
  840.  
  841.     This formula is good for the Gregorian calendar
  842.     (introduced 1582 in parts of Europe, adopted in 1752 in Great Britain
  843.     and its colonies, and on various dates in other countries).
  844.  
  845.     It handles century & 400 year corrections, but there is still a 
  846.     3 day / 10,000 year error which the Gregorian calendar does not take.
  847.     into account.  At some time such a correction will have to be 
  848.     done but your software will probably not last that long :-)   !
  849.  
  850.  
  851.     References:
  852.  
  853.     Winning Ways  by Conway, Guy, Berlekamp is supposed to have it.
  854.  
  855.     Martin Gardner in "Mathematical Carnaval".
  856.  
  857.     Michael Keith and Tom Craver, "The Ultimate Perpetual Calendar?",
  858.     Journal of Recreational Mathematics, 22:4, pp. 280-282, 1990.
  859.     
  860.     K. Rosen, "Elementary Number Theory",  p. 156.
  861.  
  862.  
  863.  
  864. 16Q:  What is the Axiom of Choice?  Why is it important? Why some articles
  865.     say "such and such is provable, if you accept the axiom of choice."?
  866.     What are the arguments for and against the axiom of choice?  
  867.  
  868.  
  869. A:  There are several equivalent formulations:
  870.  
  871.     -The Cartesian product of nonempty sets is nonempty, even
  872.     if the product is of an infinite family of sets.
  873.  
  874.     -Given any set S of mutually disjoint nonempty sets, there is a set C
  875.     containing a single member from each element of S.  C can thus be
  876.     thought of as the result of "choosing" a representative from each
  877.     set in S. Hence the name. 
  878.  
  879.     >Why is it important? 
  880.  
  881.     All kinds of important theorems in analysis require it.  Tychonoff's
  882.     theorem and the Hahn-Banach theorem are examples. AC is equivalent
  883.     to the thesis that every set can be well-ordered.  Zermelo's first
  884.     proof of this in 1904 I believe was the first proof in which AC was
  885.     made explicit.  AC is especially handy for doing infinite cardinal
  886.     arithmetic, as without it the most you get is a *partial* ordering
  887.     on the cardinal numbers.  It also enables you to prove such 
  888.     interesting general facts as that n^2 = n for all infinite cardinal 
  889.     numbers.
  890.  
  891.     > What are the arguments for and against the axiom of choice?
  892.  
  893.     The axiom of choice is independent of the other axioms of set theory
  894.     and can be assumed or not as one chooses.
  895.  
  896.     (For) All ordinary mathematics uses it.
  897.  
  898.     There are a number of arguments for AC, ranging from a priori to 
  899.     pragmatic.  The pragmatic argument (Zermelo's original approach) is
  900.     that it allows you to do a lot of interesting mathematics.  The more
  901.     conceptual argument derives from the "iterative" conception of set
  902.     according to which sets are "built up" in layers, each layer consisting
  903.     of all possible sets that can be constructed out of elements in the
  904.     previous layers.  (The building up is of course metaphorical, and is
  905.     suggested only by the idea of sets in some sense consisting of their 
  906.     members; you can't have a set of things without the things it's a set
  907.     of).  If then we consider the first layer containing a given set S of
  908.     pairwise disjoint nonempty sets, the argument runs, all the elements 
  909.     of all the sets in S must exist at previous levels "below" the level
  910.     of S.  But then since each new level contains *all* the sets that can
  911.     be formed from stuff in previous levels, it must be that at least by
  912.     S's level all possible choice sets have already been *formed*. This
  913.     is more in the spirit of Zermelo's later views (c. 1930). 
  914.  
  915.     (Against) It has some supposedly counterintuitive consequences,
  916.     such as the Banach-Tarski paradox. (See next question)
  917.  
  918.     Arguments against AC typically target its nonconstructive character:
  919.     it is a cheat because it conjures up a set without providing any
  920.     sort of *procedure* for its construction--note that no *method* is
  921.     assumed for picking out the members of a choice set.  It is thus the
  922.     platonic axiom par excellence, boldly asserting that a given set
  923.     will always exist under certain circumstances in utter disregard of
  924.     our ability to conceive or construct it.  The axiom thus can be seen
  925.     as marking a divide between two opposing camps in the philosophy of
  926.     mathematics:  those for whom mathematics is essentially tied to our
  927.     conceptual capacities, and hence is something we in some sense
  928.     *create*, and those for whom mathematics is independent of any such
  929.     capacities and hence is something we *discover*.  AC is thus of 
  930.     philosophical as well as mathematical significance.
  931.  
  932.  
  933.     It should be noted that some interesting mathematics has come out of an
  934.     incompatible axiom, the Axiom of Determinacy (AD).  AD asserts that
  935.     any two-person game without ties has a winning strategy for the first or
  936.     second player.  For finite games, this is an easy theorem; for infinite
  937.     games with duration less than \omega and move chosen from a countable set,
  938.     you can prove the existence of a counter-example using AC.  Jech's book
  939.     "The Axiom of Choice" has a discussion.  
  940.  
  941.     An example of such a game goes as follows.  
  942.  
  943.        Choose in advance a set of infinite sequences of integers; call it A.
  944.        Then I pick an integer, then you do, then I do, and so on forever 
  945.        (i.e. length \omega).  When we're done, if the sequence of integers
  946.        we've chosen is in A, I win; otherwise you win.  AD says that one of
  947.        us must have a winning strategy.  Of course the strategy, and which
  948.        of us has it, will depend upon A.
  949.  
  950.  
  951.     From a philosophical/intuitive/pedagogical standpoint, I think Bertrand
  952.     Russell's shoe/sock analogy has a lot to recommend it.  Suppose you have an
  953.     infinite collection of pairs of shoes.  You want to form a set with one
  954.     shoe from each pair.  AC is not necessary, since you can define the set as
  955.     "the set of all left shoes". (Technically, we're using the axiom of
  956.     replacement, one of the basic axioms of Zermelo-Fraenkel (ZF) set theory.)
  957.     If instead you want to form a set containing one sock from each pair of an
  958.     infinite collection of pairs of socks, you now need AC.
  959.  
  960.  
  961.     References:
  962.  
  963.     Maddy, "Believing the Axioms, I", J. Symb. Logic, v. 53, no. 2, June 1988,
  964.     pp. 490-500, and "Believing the Axioms II" in v.53, no. 3.  
  965.  
  966.     Gregory H. Moore, Zermelo's Axiom of Choice, New York, Springer-Verlag,
  967.     1982.
  968.  
  969.     H. Rubin and J. E. Rubin, Equivalents of the Axiom of Choice, Amsterdam,
  970.      North-Holland, 1963.
  971.  
  972.     A. Fraenkel, Y.  Bar-Hillel, and A. Levy, Foundations of Set Theory, 
  973.     Amsterdam, North-Holland, 1984 (2nd edition, 2nd printing), pp. 53-86.
  974.  
  975.  
  976.  
  977. 17Q:  Cutting a sphere into pieces of larger volume. Is it possible
  978.     to cut a sphere into a finite number of pieces and reassemble 
  979.     into a solid of twice the volume?
  980.  
  981. A:  This question has many variants and it is best answered explicitly.
  982.     Given two polygons of the same area, is it always possible to
  983.     dissect one into a finite number of pieces which can be reassembled
  984.     into a replica of the other?
  985.  
  986.     Dissection theory is extensive.  In such questions one needs to
  987.     specify
  988.  
  989.      (A) what a "piece" is,  (polygon?  Topological disk?  Borel-set? 
  990.          Lebesgue-measurable set?  Arbitrary?)
  991.  
  992.      (B) how many pieces are permitted (finitely many? countably? uncountably?)
  993.  
  994.      (C) what motions are allowed in "reassembling" (translations?
  995.          rotations?  orientation-reversing maps?  isometries?  
  996.          affine maps?  homotheties?  arbitrary continuous images?  etc.)
  997.  
  998.      (D) how the pieces are permitted to be glued together.  The
  999.          simplest notion is that they must be disjoint.  If the pieces
  1000.          are polygons [or any piece with a nice boundary] you can permit
  1001.          them to be glued along their boundaries, ie the interiors of the
  1002.          pieces disjoint, and their union is the desired figure.
  1003.  
  1004.  
  1005.     Some dissection results
  1006.  
  1007.      1) We are permitted to cut into FINITELY MANY polygons, to TRANSLATE
  1008.         and ROTATE the pieces, and to glue ALONG BOUNDARIES;
  1009.         then Yes, any two equal-area polygons are equi-decomposable.
  1010.  
  1011.         This theorem was proven by Bolyai and Gerwien independently, and has
  1012.         undoubtedly been independently rediscovered many times.  I would not
  1013.         be surprised if the Greeks knew this.
  1014.  
  1015.         The Hadwiger-Glur theorem implies that any two equal-area polygons are
  1016.         equi-decomposable using only TRANSLATIONS and ROTATIONS BY 180
  1017.         DEGREES. 
  1018.  
  1019.      2) THM (Hadwiger-Glur, 1951) Two equal-area polygons P,Q are
  1020.         equi-decomposable by TRANSLATIONS only, iff we have equality of these
  1021.         two functions:     PHI_P() = PHI_Q()
  1022.         Here, for each direction v (ie, each vector on the unit circle in the
  1023.         plane), let PHI_P(v) be the sum of the lengths of the edges of P which
  1024.         are perpendicular to v, where for such an edge, its length is positive
  1025.         if v is an outward normal to the edge and is negative if v is an 
  1026.         inward normal to the edge.
  1027.  
  1028.  
  1029.      3) In dimension 3, the famous "Hilbert's third problem" is:
  1030.      
  1031.        "If P and Q are two polyhedra of equal volume, are they
  1032.         equi-decomposable by means of translations and rotations, by
  1033.         cutting into finitely many sub-polyhedra, and gluing along
  1034.         boundaries?" 
  1035.  
  1036.         The answer is "NO" and was proven by Dehn in 1900, just a few months
  1037.         after the problem was posed. (Ueber raumgleiche polyeder, Goettinger 
  1038.         Nachrichten 1900, 345-354). It was the first of Hilbert's problems
  1039.         to be solved. The proof is nontrivial but does *not* use the axiom 
  1040.         of choice.
  1041.  
  1042.         "Hilbert's Third Problem", by V.G.Boltianskii, Wiley 1978.
  1043.  
  1044.  
  1045.      4) Using the axiom of choice on non-countable sets, you can prove
  1046.         that a solid sphere can be dissected into a finite number of
  1047.         pieces that can be reassembled to two solid spheres, each of
  1048.         same volume of the original. No more than nine pieces are needed.
  1049.  
  1050.         This construction is known as the "Banach-Tarski" paradox or the 
  1051.         "Banach-Tarski-Hausdorff" paradox (Hausdorff did an early version of
  1052.         it).  The "pieces" here are non-measurable sets, and they are
  1053.         assembled *disjointly* (they are not glued together along a boundary,
  1054.         unlike the situation in Bolyai's thm.)
  1055.          An excellent book on Banach-Tarski is:
  1056.  
  1057.         "The Banach-Tarski Paradox", by Stan Wagon, 1985, Cambridge
  1058.         University Press.
  1059.  
  1060.          Also read in the Mathematical Intelligencier an article on
  1061.         the Banach-Tarski Paradox.
  1062.  
  1063.         The pieces are not (Lebesgue) measurable, since measure is preserved
  1064.         by rigid motion. Since the pieces are non-measurable, they do not
  1065.         have reasonable boundaries. For example, it is likely that each piece's
  1066.         topological-boundary is the entire ball.
  1067.  
  1068.         The full Banach-Tarski paradox is stronger than just doubling the
  1069.         ball.  It states:
  1070.  
  1071.      5) Any two bounded subsets (of 3-space) with non-empty interior, are
  1072.         equi-decomposable by translations and rotations.
  1073.  
  1074.         This is usually illustrated by observing that a pea can be cut up
  1075.         into finitely pieces and reassembled into the Earth.
  1076.  
  1077.         The easiest decomposition "paradox" was observed first by Hausdorff:
  1078.  
  1079.      6) The unit interval can be cut up into COUNTABLY many pieces which,
  1080.         by *translation* only, can be reassembled into the interval of
  1081.         length 2.
  1082.  
  1083.         This result is, nowadays, trivial, and is the standard example of a
  1084.         non-measurable set, taught in a beginning graduate class on measure
  1085.         theory.
  1086.  
  1087.  
  1088.         References:
  1089.  
  1090.         In addition to Wagon's book above, Boltyanskii has written at least
  1091.         two works on this subject.  An elementary one is:
  1092.  
  1093.           "Equivalent and equidecomposable figures"
  1094.  
  1095.         in Topics in Mathematics published by D.C. HEATH AND CO., Boston.  It
  1096.         is a translation from the 1956 work in Russian.   
  1097.  
  1098.           Also, the article "Scissor Congruence" by Dubins, Hirsch and ?,
  1099.         which appeared about 20 years ago in the Math Monthly, has a pretty
  1100.         theorem on decomposition by Jordan arcs.
  1101.  
  1102.  
  1103.         ``Banach and Tarski had hoped that the physical absurdity of this
  1104.         theorem would encourage mathematicians to discard AC. They were 
  1105.         dismayed when the response of the math community was `Isn't AC great?
  1106.         How else could we get such unintuitive results?' ''
  1107.  
  1108.  
  1109. 18Q.   Is there a theory of quaternionic analytic functions, that is, a four-
  1110.      dimensional analog to the theory of complex analytic functions?
  1111.     
  1112. A.   Yes.   This was developed in the 1930s by the mathematician
  1113.      Fueter.   It is based on a generalization of the Cauchy-Riemann
  1114.      equations, since the possible alternatives of power series expansions
  1115.      or quaternion differentiability do not produce useful theories.
  1116.      A number of useful integral theorems follow from the theory.
  1117.      Sudbery provides an excellent review.  Deavours covers some of the same
  1118.      material less thoroughly.   Brackx discusses a further generalization
  1119.      to arbitrary Clifford algebras.
  1120.  
  1121.  
  1122.       Anthony Sudbery, Quaternionic Analysis, Proc. Camb. Phil. Soc.,
  1123.       vol. 85, pp 199-225, 1979.
  1124.  
  1125.       Cipher A. Deavours, The Quaternion Calculus, Am. Math. Monthly,
  1126.       vol. 80, pp 995-1008, 1973.
  1127.  
  1128.       F. Brackx and R. Delanghe and F. Sommen, Clifford analysis,
  1129.       Pitman, 1983.
  1130.  
  1131.  
  1132. 19Q.  What is Erdos Number?
  1133.  
  1134.      Form an undirected graph where the vertices are academics, and an
  1135.      edge connects academic X to academic Y if X has written a paper
  1136.      with Y.  The Erdos number of X is the length of the shortest path
  1137.      in this graph connecting X with Erdos.
  1138.  
  1139.      What is the Erdos Number of X ? for a few selected X in {Math,physics}
  1140.  
  1141.      Erdos has Erdos number 0.  Co-authors of Erdos have Erdos number 1.
  1142.      Einstein has Erdos number 2, since he wrote a paper with Ernst Straus,
  1143.      and Straus wrote many papers with Erdos.
  1144.  
  1145.      Why people care about it?
  1146.  
  1147.      Nobody seems to have a reasonable answer...
  1148.  
  1149.  
  1150.       Caspar Goffman, And what is your Erdos number?, American Mathematical
  1151.       Monthly v. 76 (1969), p. 791.
  1152.  
  1153.  
  1154.  
  1155.  
  1156.  
  1157.  
  1158. --------------------------------------------------------------------------
  1159. Questions and Answers _Compiled_ by:
  1160.  
  1161. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  1162. Deparment of Computer Science                       University of Waterloo
  1163. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  1164.