home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Usenet 1994 January / usenetsourcesnewsgroupsinfomagicjanuary1994.iso / answers / sci-math-faq / part1 < prev    next >
Text File  |  1993-11-19  |  27KB  |  642 lines

  1. Newsgroups: sci.math,sci.answers,news.answers
  2. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!spool.mu.edu!howland.reston.ans.net!torn!watserv2.uwaterloo.ca!undergrad.math.uwaterloo.ca!neumann.uwaterloo.ca!alopez-o
  3. From: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  4. Subject: sci.math: Frequently Asked Questions [1/3]
  5. Message-ID: <sci.math.1_753717808@Neumann.UWaterloo.Ca>
  6. Followup-To: sci.math
  7. Originator: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca
  8. Sender: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  9. Reply-To: alopez-o@maytag.uwaterloo.ca
  10. Organization: University of Waterloo
  11. Date: Fri, 19 Nov 1993 14:03:31 GMT
  12. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  13. Expires: Fri, 31 Dec 1993 14:03:28 GMT
  14. Lines: 625
  15. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.math:58047 sci.answers:652 news.answers:14882
  16.  
  17. Archive-Name: sci-math-faq/part1
  18. Last-modified: October 26, 1993
  19. Version: 5.0
  20.  
  21.  
  22. This is the list of Frequently Asked Questions for sci.math (version 5.0).
  23. Any contributions/suggestions/corrections are most welcome. Please use
  24. * e-mail * on any comment concerning the FAQ list.
  25.  
  26.  
  27. Section 1 of 3, questions 1Q to 5Q.
  28.  
  29.  
  30.              Table of Contents
  31.              -----------------
  32.  
  33.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of ..
  34.  2Q.- Values of Record Numbers
  35.  3Q.- Formula for prime numbers...
  36.  4Q.- Digits of Pi, computation and references
  37.  5Q.- Odd Perfect Number
  38.  6Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  39.  7Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  40.  8Q.- Fields Medal, general info ..
  41.  9Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  42. 10Q.- 0^0=1. A comprehensive approach
  43. 11Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  44. 12Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  45.       other games ..
  46. 13Q.- Surface and Volume of the n-ball
  47. 14Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  48. 15Q.- Projective plane of order 10 ..
  49. 16Q.- How to compute day of week of a given date
  50. 17Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis?
  51. 18Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume
  52. 19Q.- Pointers to Quaternions
  53. 20Q.- Erdos Number
  54. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics?
  55. 22Q.- General References and textbooks...
  56. 23Q.- Interest Rate...
  57. 24Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  58.  
  59.  
  60. 1Q:  What is the current status of Fermat's last theorem?
  61.  
  62.  
  63. and
  64.  
  65.     Did Fermat prove this theorem? 
  66.       
  67.    
  68.     Fermat's Last Theorem:
  69.  
  70.     There are no positive integers x,y,z, and n > 2 such that x^n + y^n = z^n.
  71.  
  72.     I heard that <insert name here> claimed to have proved it but later
  73.     on the proof was found to be wrong. ...
  74.  
  75. A:  The status of FLT has remained remarkably constant.  Every few
  76.     years, someone claims to have a proof ... but oh, wait, not quite.
  77.  
  78.     UPDATE... UPDATE... UPDATE
  79.  
  80.     Andrew Wiles, a researcher at Princeton, Cambridge claims to have 
  81.     found a proof. 
  82.  
  83.     The proof was presented in Cambridge, UK during a three day seminar 
  84.     to an audience including some of the leading experts in the field.
  85.  
  86.     The proof is long and cumbersome, but here are some of the first
  87.     few details:
  88.  
  89.     *From Ken Ribet:
  90.  
  91.     Here is a brief summary of what Wiles said in his three lectures.
  92.  
  93.     The method of Wiles borrows results and techniques from lots and lots
  94.     of people.  To mention a few: Mazur, Hida, Flach, Kolyvagin, yours
  95.     truly, Wiles himself (older papers by Wiles), Rubin...  The way he does
  96.     it is roughly as follows.  Start with a mod p representation of the
  97.     Galois group of Q which is known to be modular.  You want to prove that
  98.     all its lifts with a certain property are modular.  This means that the
  99.     canonical map from Mazur's universal deformation ring to its "maximal
  100.     Hecke algebra" quotient is an isomorphism.  To prove a map like this is
  101.     an isomorphism, you can give some sufficient conditions based on
  102.     commutative algebra.  Most notably, you have to bound the order of a
  103.     cohomology group which looks like a Selmer group for Sym^2 of the
  104.     representation attached to a modular form.  The techniques for doing
  105.     this come from Flach; you also have to use Euler systems a la
  106.     Kolyvagin, except in some new geometric guise.
  107.     
  108.     If you take an elliptic curve over Q, you can look at the
  109.     representation of Gal on the 3-division points of the curve.  If you're
  110.     lucky, this will be known to be modular, because of results of Jerry
  111.     Tunnell (on base change).  Thus, if you're lucky, the problem I
  112.     described above can be solved (there are most definitely some
  113.     hypotheses to check), and then the curve is modular.  Basically, being
  114.     lucky means that the image of the representation of Galois on
  115.     3-division points is GL(2,Z/3Z).
  116.     
  117.     Suppose that you are unlucky, i.e., that your curve E has a rational
  118.     subgroup of order 3.  Basically by inspection, you can prove that if it
  119.     has a rational subgroup of order 5 as well, then it can't be
  120.     semistable.  (You look at the four non-cuspidal rational points of
  121.     X_0(15).)  So you can assume that E[5] is "nice." Then the idea is to
  122.     find an E' with the same 5-division structure, for which E'[3] is
  123.     modular.  (Then E' is modular, so E'[5] = E[5] is modular.)  You
  124.     consider the modular curve X which parameterizes elliptic curves whose
  125.     5-division points look like E[5].  This is a "twist" of X(5).  It's
  126.     therefore of genus 0, and it has a rational point (namely, E), so it's
  127.     a projective line.  Over that you look at the irreducible covering
  128.     which corresponds to some desired 3-division structure.  You use
  129.     Hilbert irreducibility and the Cebotarev density theorem (in some way
  130.     that hasn't yet sunk in) to produce a non-cuspidal rational point of X
  131.     over which the covering remains irreducible.  You take E' to be the
  132.     curve corresponding to this chosen rational point of X.
  133.     
  134.     
  135.     *From the previous version of the FAQ:
  136.     
  137.     (b) conjectures arising from the study of elliptic curves and
  138.     modular forms. -- The Taniyama-Weil-Shmimura conjecture.
  139.      
  140.     There is a very important and well known conjecture known as the
  141.     Taniyama-Weil-Shimura conjecture that concerns elliptic curves.
  142.     This conjecture has been shown by the work of Frey, Serre, Ribet,
  143.     et. al. to imply FLT uniformly, not just asymptotically as with the
  144.     ABC conj.
  145.     
  146.     The conjecture basically states that all elliptic curves can be
  147.     parameterized in terms of modular forms. 
  148.  
  149.     There is new work on the arithmetic of elliptic curves. Sha, the
  150.     Tate-Shafarevich group on elliptic curves of rank 0 or 1. By the way
  151.     an interesting aspect of this work is that there is a close 
  152.     connection between Sha, and some of the classical work on FLT. For
  153.     example, there is a classical proof that uses infinite descent to
  154.     prove FLT for n = 4. It can be shown that there is an elliptic curve
  155.     associated with FLT and that for n=4, Sha is trivial. It can also be
  156.     shown that in the cases where Sha is non-trivial, that 
  157.     infinite-descent arguments do not work; that in some sense 'Sha
  158.     blocks the descent'. Somewhat more technically, Sha is an
  159.     obstruction to the local-global principle [e.g. the Hasse-Minkowski
  160.     theorem].
  161.  
  162.     *From Karl Rubin:
  163.  
  164.     Theorem.  If E is a semistable elliptic curve defined over Q,
  165.       then E is modular.
  166.  
  167.     It has been known for some time, by work of Frey and Ribet, that
  168.     Fermat follows from this.  If u^q + v^q + w^q = 0, then Frey had
  169.     the idea of looking at the (semistable) elliptic curve
  170.     y^2 = x(x-a^q)(x+b^q).  If this elliptic curve comes from a modular
  171.     form, then the work of Ribet on Serre's conjecture shows that there
  172.     would have to exist a modular form of weight 2 on Gamma_0(2).  But
  173.     there are no such forms.
  174.     
  175.     To prove the Theorem, start with an elliptic curve E, a prime p and let
  176.     
  177.          rho_p : Gal(Q^bar/Q) -> GL_2(Z/pZ)
  178.     
  179.     be the representation giving the action of Galois on the p-torsion
  180.     E[p].  We wish to show that a _certain_ lift of this representation
  181.     to GL_2(Z_p) (namely, the p-adic representation on the Tate module
  182.     T_p(E)) is attached to a modular form.  We will do this by using
  183.     Mazur's theory of deformations, to show that _every_ lifting which
  184.     'looks modular' in a certain precise sense is attached to a modular form.
  185.     
  186.     Fix certain 'lifting data', such as the allowed ramification,
  187.     specified local behavior at p, etc. for the lift. This defines a
  188.     lifting problem, and Mazur proves that there is a universal
  189.     lift, i.e. a local ring R and a representation into GL_2(R) such
  190.     that every lift of the appropriate type factors through this one.
  191.     
  192.     Now suppose that rho_p is modular, i.e. there is _some_ lift
  193.     of rho_p which is attached to a modular form.  Then there is
  194.     also a hecke ring T, which is the maximal quotient of R with the
  195.     property that all _modular_ lifts factor through T.  It is a
  196.     conjecture of Mazur that R = T, and it would follow from this
  197.     that _every_ lift of rho_p which 'looks modular' (in particular the
  198.     one we are interested in) is attached to a modular form.
  199.     
  200.     Thus we need to know 2 things:
  201.  
  202.       (a)  rho_p is modular
  203.       (b)  R = T.
  204.     
  205.     It was proved by Tunnell that rho_3 is modular for every elliptic
  206.     curve.  This is because PGL_2(Z/3Z) = S_4.  So (a) will be satisfied
  207.     if we take p=3.  This is crucial.
  208.     
  209.     Wiles uses (a) to prove (b) under some restrictions on rho_p.  Using
  210.     (a) and some commutative algebra (using the fact that T is Gorenstein,
  211.     'basically due to Mazur')  Wiles reduces the statement T = R to
  212.     checking an inequality between the sizes of 2 groups.  One of these
  213.     is related to the Selmer group of the symmetric square of the given
  214.     modular lifting of rho_p, and the other is related (by work of Hida)
  215.     to an L-value.  The required inequality, which everyone presumes is
  216.     an instance of the Bloch-Kato conjecture, is what Wiles needs to verify.
  217.     
  218.     He does this using a Kolyvagin-type Euler system argument.  This is
  219.     the most technically difficult part of the proof, and is responsible
  220.     for most of the length of the manuscript.  He uses modular
  221.     units to construct what he calls a 'geometric Euler system' of
  222.     cohomology classes.  The inspiration for his construction comes
  223.     from work of Flach, who came up with what is essentially the
  224.     'bottom level' of this Euler system.  But Wiles needed to go much
  225.     farther than Flach did.  In the end, _under_certain_hypotheses_ on rho_p
  226.     he gets a workable Euler system and proves the desired inequality.
  227.     Among other things, it is necessary that rho_p is irreducible.
  228.     
  229.     Suppose now that E is semistable.
  230.     
  231.     Case 1.  rho_3 is irreducible.
  232.     Take p=3.  By Tunnell's theorem (a) above is true.  Under these
  233.     hypotheses the argument above works for rho_3, so we conclude
  234.     that E is modular.
  235.     
  236.     Case 2.  rho_3 is reducible.
  237.     Take p=5.  In this case rho_5 must be irreducible, or else E
  238.     would correspond to a rational point on X_0(15).  But X_0(15)
  239.     has only 4 noncuspidal rational points, and these correspond to
  240.     non-semistable curves.  _If_ we knew that rho_5 were modular,
  241.     then the computation above would apply and E would be modular.
  242.     
  243.     We will find a new semistable elliptic curve E' such that
  244.     rho_{E,5} = rho_{E',5} and rho_{E',3} is irreducible.  Then
  245.     by Case I, E' is modular.  Therefore rho_{E,5} = rho_{E',5}
  246.     does have a modular lifting and we will be done.
  247.     
  248.     We need to construct such an E'.  Let X denote the modular
  249.     curve whose points correspond to pairs (A, C) where A is an
  250.     elliptic curve and C is a subgroup of A isomorphic to the group
  251.     scheme E[5].  (All such curves will have mod-5 representation
  252.     equal to rho_E.)  This X is genus 0, and has one rational point
  253.     corresponding to E, so it has infinitely many.  Now Wiles uses a
  254.     Hilbert Irreducibility argument to show that not all rational
  255.     points can be images of rational points on modular curves
  256.     covering X, corresponding to degenerate level 3 structure
  257.     (i.e. im(rho_3) not GL_2(Z/3)).  In other words, an E' of the
  258.     type we need exists.  (To make sure E' is semistable, choose
  259.     it 5-adically close to E.  Then it is semistable at 5, and at
  260.     other primes because rho_{E',5} = rho_{E,5}.)
  261.     
  262.  
  263.     
  264. 2Q:  What are the values of:
  265.  
  266.  
  267. largest known Mersenne prime?
  268.  
  269. A:  It is 2^756839-1. It was discovered by a Cray-2 in England in 1992.
  270.     It has 227,832 digits.
  271.  
  272.     
  273. largest known prime?
  274.  
  275. A:  The largest known prime is the Mersenne prime described above.
  276.     The previous record holder, and the largest known non-Mersenne prime,
  277.     is 391581*2^216193-1. See Brown, Noll, Parady, Smith, Smith, and
  278.     Zarantonello, Letter to the editor, American Mathematical Monthly,
  279.     vol. 97, 1990, p. 214. Throughout history, the largest known prime
  280.     has almost always been a Mersenne prime; the period between Brown
  281.     et al's discovery in Aug 1989 and Slowinski & Gage's in March 1992
  282.     is one of the few exceptions.
  283.  
  284.     
  285. largest known twin primes?
  286.     
  287. A:   The largest known twin primes are 1691232 * 1001 * 10^4020 +- 1,
  288.      which is a number with 4030 digits, found by H. Dubner.
  289.  
  290.     The second largest known twin primes are 4650828 * 1001 * 10^3429 +- 1.
  291.     They were found by H. Dubner
  292.  
  293.     References:
  294.  
  295.     B. K. Parady and J. F. Smith and S. E. Zarantonello,
  296.     Smith, Noll and Brown.
  297.     Largest known twin primes, Mathematics of Computation,
  298.     vol.55, 1990, pp. 381-382. 
  299.  
  300.  
  301. largest Fermat number with known factorization?
  302.  
  303. A:  F_11 = (2^(2^11)) + 1 which was  factored by Brent & Morain in
  304.     1988. F9 = (2^(2^9)) + 1 = 2^512 + 1 was factored by 
  305.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., M.S. Manasse & J.M. Pollard
  306.     in 1990. The factorization for F10 is NOT known.
  307.  
  308.  
  309. Are there good algorithms to factor a given integer?
  310.  
  311. A:  There are several that have subexponential estimated 
  312.     running time, to mention just a few:
  313.  
  314.         Continued fraction algorithm,
  315.         Class group method,
  316.         Quadratic sieve algorithm,
  317.         Elliptic curve algorithm,
  318.         Number field sieve,
  319.         Dixon's random squares algorithm,
  320.         Valle's two-thirds algorithm,
  321.         Seysen's class group algorithm,
  322.  
  323.     A.K. Lenstra, H.W. Lenstra Jr., "Algorithms in Number Theory",
  324.     in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer 
  325.     Science, Volume A: Algorithms and Complexity, Elsevier, pp. 
  326.     673-715, 1990.
  327.  
  328.  
  329. List of record numbers?
  330.  
  331. A:  Chris Caldwell maintains "THE LARGEST KNOWN PRIMES (ALL KNOWN
  332.     PRIMES WITH 2000 OR MORE DIGITS)"-list. Send him mail to  
  333.     bf04@UTMartn.bitnet (preferred) or kvax@utkvx.UTK.edu, on any new 
  334.     gigantic primes (greater than 10,000 digits), titanic primes
  335.     (greater than 1000 digits).
  336.  
  337.  
  338. What is the current status on Mersenne primes?
  339.  
  340. A:  Mersenne primes are primes of the form 2^p-1. For 2^p-1 to be prime 
  341.     we must have that p is prime. The following Mersenne primes are
  342.     known.
  343.  
  344.     nr            p                                 year  by
  345.     -----------------------------------------------------------------
  346.      1-5   2,3,5,7,13                    in or before the middle ages
  347.      6-7       17,19                     1588  Cataldi
  348.      8          31                       1750  Euler
  349.      9          61                       1883  Pervouchine
  350.     10          89                       1911  Powers
  351.     11          107                      1914  Powers
  352.     12          127                      1876  Lucas
  353.     13-14       521,607                  1952  Robinson
  354.     15-17       1279,2203,2281           1952  Lehmer
  355.     18          3217                     1957  Riesel
  356.     19-20       4253,4423                1961  Hurwitz & Selfridge
  357.     21-23       9689,9941,11213          1963  Gillies
  358.     24          19937                    1971  Tuckerman
  359.     25          21701                    1978  Noll & Nickel
  360.     26          23209                    1979  Noll
  361.     27          44497                    1979  Slowinski & Nelson
  362.     28          86243                    1982  Slowinski
  363.     29          110503                   1988  Colquitt & Welsh jr.
  364.     30          132049                   1983  Slowinski
  365.     31          216091                   1985  Slowinski
  366.     32?         756839                   1992  Slowinski & Gage
  367.  
  368.     The way to determine if 2^p-1 is prime is to use the Lucas-Lehmer 
  369.     test:
  370.  
  371.       Lucas_Lehmer_Test(p):
  372.          u := 4
  373.          for i from 3 to p do
  374.             u := u^2-2 mod 2^p-1
  375.          od
  376.          if u == 0 then
  377.             2^p-1 is prime
  378.          else
  379.             2^p-1 is composite
  380.          fi
  381.  
  382.     The following ranges have been checked completely:
  383.      2 - 355K and  430K - 520K
  384.  
  385.     More on Mersenne primes and the Lucas-Lehmer test can be found in:
  386.  
  387.      G.H. Hardy, E.M. Wright, An introduction to the theory of numbers,
  388.      fifth edition, 1979, pp. 16, 223-225.
  389.  
  390.  
  391.  
  392. 3Q.-  Formula for prime numbers...
  393.  
  394.  
  395.      Is there a polynomial which gives all the prime numbers?
  396.  
  397.       No, there is not. This is a simple exercise to prove.
  398.  
  399.      Is there a non-constant polynomial that only takes on prime values?
  400.  
  401.       It has been proved that no such polynomial exists.
  402.  
  403.       The proof is simple enough that an high school student could probably
  404.       discover it.  See, for example, Ribenboim's book _The Book of Prime
  405.       Number Records_.
  406.  
  407.      Note, however, by the work of Jones, Sato, Wada, and Wiens, there *is* a
  408.      polynomial in 26 variables such that the set of primes coincides with
  409.      the set of *positive* values taken by this polynomial.  See Ribenboim,
  410.      pp. 147-150.
  411.  
  412.      But most people would object to the term "formula" restricted to mean
  413.      polynomial.  Can we not use summation signs, factorial, and the floor
  414.      function in our "formula"?  If so, then indeed, there *are* formulas
  415.      for the prime numbers.  Some of them are listed below.
  416.  
  417.      If we can't, then exactly what operations do you allow and why?
  418.  
  419.      Indeed, as I have previously argued, a reasonable interpretation of
  420.      the word "formula" is simply "Turing machine that halts on all inputs".
  421.      Under this interpretation, there certainly are halting Turing machines
  422.      which compute the n'th prime number.  However, nobody knows how to
  423.      compute the n'th prime in time polynomial in log n.  That's still
  424.      an open question.
  425.  
  426.      Herb Wilf has addressed the question, "What is a formula?" in his
  427.      delightful article, "What is an answer?" which appeared in the
  428.      American Mathematical Monthly, 89 (1982), 289-292.  He draws the
  429.      distinction between "formula" and "good formula".  Anyone who claims
  430.      "there is no formula for the prime numbers" should read this article.
  431.  
  432.      Here are just a few articles that discuss "formulas" for primes.  Almost
  433.      all of these do *not* require computation of the primes "ahead of time".
  434.      Most of them rely on standard mathematical functions such as summation,
  435.      factorial, greatest integer function, etc.
  436.  
  437.  
  438.        C. Isenkrahe, Math. Annalen  53 (1900), 42-44.
  439.  
  440.        W. H. Mills, Bull. Amer. Math. Soc. 53 (1947), 604.
  441.  
  442.        L. Moser, Math. Mag. 23 (1950), 163-164.
  443.  
  444.        E. M. Wright, Amer. Math. Monthly 58 (1951), 616-618.  (Correction,
  445.       59 (1952), 99.)
  446.  
  447.        E. M. Wright, J. Lond. Math. Soc. 29 (1954), 63-71.
  448.  
  449.        B. R. Srinivasan, J. Indian Math. Soc. 25 (1961), 33-39.
  450.  
  451.        C. P. Willans, Math. Gazette 48 (1964), 413-415.
  452.  
  453.        V. C. Harris, Nordisk Mat. Tidskr. 17 (1969), 82.
  454.  
  455.        U. Dudley, Amer. Math. Monthly 76 (1969), 23-28.
  456.  
  457.        C. Vanden Eynden, Amer. Math. Monthly 79 (1972), 625.
  458.  
  459.        S. W. Golomb, Amer. Math. Monthly 81 (1974), 752-754.
  460.  
  461.  
  462.       For more references see
  463.  
  464.        J.O. Shallit, E. Bach, _Algorithmic Number Theory_ (to be published,
  465.        MIT Press).
  466.  
  467.  
  468. 4Q:  Where I can get pi up to a few hundred thousand digits of pi? 
  469.     Does anyone have an algorithm to compute pi to those zillion 
  470.     decimal places?
  471.  
  472.  
  473. A:  MAPLE or MATHEMATICA can give you 10,000 digits of Pi in a blink,
  474.     and they can compute another 20,000-1,000,000 overnight (range depends
  475.     on hardware platform).
  476.  
  477.     It is possible to retrieve 1.25+ million digits of pi via anonymous
  478.     ftp from the site wuarchive.wustl.edu, in the files pi.doc.Z and
  479.     pi.dat.Z which reside in subdirectory doc/misc/pi.
  480.  
  481.     New York's Chudnovsky brothers have computed 2 billion digits of pi
  482.     on a homebrew computer.
  483.  
  484.     How is pi calculated to many decimals ?
  485.  
  486.     There are essentially 3 different methods.
  487.  
  488.      1) One of the oldest is to use the power series expansion of atan(x)
  489.      atan(x)=x-x^3/3+x^5/5-... together with formulas like
  490.      pi=16*atan(1/5)-4*atan(1/239). This gives about 1.4 decimals per term.
  491.  
  492.      2) A second is to use formulas coming from Arithmetic-Geometric mean
  493.      computations. A beautiful compendium of such formulas is given in the
  494.      book of Borwein and Borwein: Pi and the AGM, Canadian Math. Soc. Series,
  495.      John Wiley and Sons, New York, 1987. They have the advantage of converging
  496.      quadratically, i.e. you double the number of decimals per iteration.
  497.      For instance, to obtain 1 000 000 decimals, around 20 iterations are
  498.      sufficient. The disadvantage is that you need FFT type multiplication
  499.      to get a reasonable speed, and this is not so easy to program.
  500.  
  501.      3) A third one comes from the theory of complex multiplication of elliptic
  502.      curves, and was discovered by S. Ramanujan. This gives a number of 
  503.      beautiful formulas, but the most useful was missed by Ramanujan and 
  504.      discovered by the Chudnovsky's. It is the following (slightly modified 
  505.      for ease of programming):
  506.  
  507.      Set k1=545140134;k2=13591409;k3=640320;k4=100100025;k5=327843840;k6=53360;
  508.  
  509.      Then in AmsTeX notation
  510.      
  511.      $\pi=\frac{k6\sqrt(k3)}{S}$, where
  512.  
  513.      $$S=\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\frac{(6n)!(k2+nk1)}{n!^3(3n)!(8k4k5)^n}$$
  514.  
  515.      The great advantages of this formula are that
  516.  
  517.      1) It converges linearly, but very fast (more than 14 decimal digits per
  518.      term).
  519.     
  520.      2) The way it is written, all operations to compute S can be programmed
  521.      very simply since it only involves multiplication/division by single
  522.      precision numbers. This is why the constant 8k4k5 appearing in the 
  523.      denominator has been written this way instead of 262537412640768000.
  524.  
  525.      This is how the Chudnovsky's have computed several billion decimals.
  526.  
  527.      Question: how can I get a C program which computes pi?
  528.  
  529.      Answer: if you are too lazy to use the hints above, you can use the
  530.      following 160 character C program (who is the author of this?) which
  531.      computes pi to 800 decimal digits. If you want more, it is easy to modify,
  532.      but you have to understand how it works first.
  533.  
  534.      int a=10000,b,c=2800,d,e,f[2801],g;main(){for(;b-c;)f[b++]=a/5;
  535.      for(;d=0,g=c*2;c-=14,printf("%.4d",e+d/a),e=d%a)for(b=c;d+=f[b]*a,
  536.      f[b]=d%--g,d/=g--,--b;d*=b);}
  537.  
  538.  
  539.  
  540.  
  541.     References :
  542.  
  543.     (This is a short version for a more comprehensive list contact
  544.     Juhana Kouhia at jk87377@cc.tut.fi)
  545.  
  546.     J. M. Borwein, P. B. Borwein, and D. H. Bailey, "Ramanujan,
  547.     Modular Equations, and Approximations to Pi", American Mathematical
  548.     Monthly, vol. 96, no. 3 (March 1989), p. 201 - 220.
  549.  
  550.     P. Beckman
  551.     A history of pi
  552.     Golem Press, CO, 1971 (fourth edition 1977)
  553.  
  554.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  555.     The arithmetic-geometric mean and fast computation of elementary
  556.     functions
  557.     SIAM Review, Vol. 26, 1984, pp. 351-366
  558.  
  559.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  560.     More quadratically converging algorithms for pi
  561.     Mathematics of Computation, Vol. 46, 1986, pp. 247-253
  562.  
  563.     J.M. Borwein and P.B. Borwein
  564.     Pi and the AGM - a study in analytic number theory and
  565.     computational complexity
  566.     Wiley, New York, 1987
  567.  
  568.     Shlomo Breuer and Gideon Zwas
  569.     Mathematical-educational aspects of the computation of pi
  570.     Int. J. Math. Educ. Sci. Technol., Vol. 15, No. 2, 1984,
  571.     pp. 231-244
  572.  
  573.     David Chudnovsky and Gregory Chudnovsky
  574.     The computation of classical constants, Columbia University, 
  575.     Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 86, 1989.
  576.  
  577.     Y. Kanada and Y. Tamura
  578.     Calculation of pi to 10,013,395 decimal places based on the
  579.     Gauss-Legendre algorithm and Gauss arctangent relation
  580.     Computer Centre, University of Tokyo, 1983
  581.  
  582.     Morris Newman and Daniel Shanks
  583.     On a sequence arising in series for pi
  584.     Mathematics of computation, Vol. 42, No. 165, Jan 1984,
  585.     pp. 199-217
  586.  
  587.     E. Salamin
  588.     Computation of pi using arithmetic-geometric mean
  589.     Mathematics of Computation, Vol. 30, 1976, pp. 565-570
  590.  
  591.     D. Shanks and J.W. Wrench, Jr.
  592.     Calculation of pi to 100,000 decimals
  593.     Mathematics of Computation, Vol. 16, 1962, pp. 76-99
  594.  
  595.     Daniel Shanks
  596.     Dihedral quartic approximations and series for pi
  597.     J. Number Theory, Vol. 14, 1982, pp.397-423
  598.  
  599.     David Singmaster
  600.     The legal values of pi
  601.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 2, 1985
  602.  
  603.     Stan Wagon
  604.     Is pi normal?
  605.     The Mathematical Intelligencer, Vol. 7, No. 3, 1985
  606.  
  607.     J.W. Wrench, Jr.
  608.     The evolution of extended decimal approximations to pi
  609.     The Mathematics Teacher, Vol. 53, 1960, pp. 644-650
  610.  
  611.  
  612.  
  613. 5Q:  Does there exist a number that is perfect and odd?
  614.  
  615.     A given number is perfect if it is equal to the sum of all its proper
  616.     divisors. This question was first posed by Euclid in ancient Greece.
  617.     This question is still open.  Euler proved that if  N  is an odd
  618.     perfect number, then in the prime power decomposition of N, exactly
  619.     one exponent is congruent to 1 mod 4 and all the other exponents are
  620.     even. Furthermore, the prime occurring to an odd power must itself be
  621.     congruent to 1 mod 4.  A sketch of the proof appears in Exercise 87,
  622.     page 203 of Underwood Dudley's Elementary Number Theory, 2nd ed.
  623.     It has been shown that there are no odd perfect numbers < 10^300.
  624.  
  625.  
  626.  
  627. Copyright Notice
  628.  
  629. Copyright (c) 1993   A. Lopez-Ortiz
  630.  
  631.  
  632. --------------------------------------------------------------------------
  633. Questions and Answers Edited and Compiled by:
  634.  
  635. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  636. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  637. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  638. -- 
  639. Alex Lopez-Ortiz                             alopez-o@neumann.UWaterloo.ca
  640. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  641. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  642.