home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Usenet 1994 January / usenetsourcesnewsgroupsinfomagicjanuary1994.iso / answers / sci-math-faq / part3 < prev    next >
Text File  |  1993-11-19  |  16KB  |  435 lines

  1. Newsgroups: sci.math,sci.answers,news.answers
  2. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!usc!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 [3/3]
  5. Message-ID: <sci.math.3_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 14:03:43 GMT
  12. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  13. Expires: Fri, 31 Dec 1993 14:03:28 GMT
  14. Lines: 418
  15. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.math:58050 sci.answers:654 news.answers:14884
  16.  
  17. Archive-Name: sci-math-faq/part3
  18. Last-modified: October 12, 1993
  19. Version: 5.0
  20.  
  21.  
  22. This is a 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. Section 3 of 3, questions 19Q to 24Q.
  27.  
  28.              Table of Contents
  29.              -----------------
  30.  
  31.  
  32.  1Q.- Fermat's Last Theorem, status of ..
  33.  2Q.- Values of Record Numbers
  34.  3Q.- Formula for prime numbers...
  35.  4Q.- Digits of Pi, computation and references
  36.  5Q.- Odd Perfect Number
  37.  6Q.- Computer Algebra Systems, application of ..
  38.  7Q.- Computer Algebra Systems, references to ..
  39.  8Q.- Fields Medal, general info ..
  40.  9Q.- Four Colour Theorem, proof of ..
  41. 10Q.- 0^0=1. A comprehensive approach
  42. 11Q.- 0.999... = 1. Properties of the real numbers ..
  43. 12Q.- There are three doors, The Monty Hall problem, Master Mind and
  44.       other games ..
  45. 13Q.- Surface and Volume of the n-ball
  46. 14Q.- f(x)^f(x)=x, name of the function ..
  47. 15Q.- Projective plane of order 10 ..
  48. 16Q.- How to compute day of week of a given date
  49. 17Q.- Axiom of Choice and/or Continuum Hypothesis?
  50. 18Q.- Cutting a sphere into pieces of larger volume
  51. 19Q.- Pointers to Quaternions
  52. 20Q.- Erdos Number
  53. 21Q.- Why is there no Nobel in mathematics?
  54. 22Q.- General References and textbooks...
  55. 23Q.- Interest Rate...
  56. 24Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62. 19Q: Is there a theory of quaternionic analytic functions, that is, a four-
  63.     dimensional analog to the theory of complex analytic functions?
  64.     
  65. A.  Yes. This was developed in the 1930s by the mathematician Fueter.
  66.     It is based on a generalization of the Cauchy-Riemann equations,
  67.     since the possible alternatives of power series expansions or
  68.     quaternion differentiability do not produce useful theories. A number
  69.     of useful integral theorems follow from the theory. Sudbery provides
  70.     an excellent review. Deavours covers some of the same material less
  71.     thoroughly.  Brackx discusses a further generalization to arbitrary 
  72.     Clifford algebras.
  73.  
  74.       Anthony Sudbery, Quaternionic Analysis, Proc. Camb. Phil. Soc.,
  75.       vol. 85, pp 199-225, 1979.
  76.  
  77.       Cipher A. Deavours, The Quaternion Calculus, Am. Math. Monthly,
  78.       vol. 80, pp 995-1008, 1973.
  79.  
  80.       F. Brackx and R. Delanghe and F. Sommen, Clifford analysis,
  81.       Pitman, 1983.
  82.  
  83.  
  84. 20Q: What is the Erdos Number?
  85.  
  86.     Form an undirected graph where the vertices are academics, and an
  87.     edge connects academic X to academic Y if X has written a paper
  88.     with Y. The Erdos number of X is the length of the shortest path
  89.     in this graph connecting X with Erdos.
  90.  
  91.     What is the Erdos Number of X ? for a few selected X in {Math,physics}
  92.  
  93.     Erdos has Erdos number 0.  Co-authors of Erdos have Erdos number 1.
  94.     Einstein has Erdos number 2, since he wrote a paper with Ernst Straus,
  95.     and Straus wrote many papers with Erdos.
  96.  
  97.     Why people care about it?
  98.  
  99.      Nobody seems to have a reasonable answer...
  100.  
  101.     Who is Paul Erdos? 
  102.  
  103.     Paul Erdos is an Hungarian mathematician, he obtained his PhD
  104.     from the University of Manchester and has spent most of his 
  105.     efforts tackling "small" problems and conjectures related to
  106.     graph theory, combinatorics, geometry and number theory.
  107.  
  108.     He is one of the most prolific publishers of papers; and is
  109.     also and indefatigable traveller.
  110.  
  111.  
  112.     References:
  113.  
  114.      Caspar Goffman, And what is your Erdos number?, American Mathematical
  115.      Monthly v. 76 (1969), p. 791.
  116.  
  117.  
  118. 21Q: Why is there no Nobel in mathematics? #
  119.  
  120.     Nobel prizes were created by the will of Alfred Nobel, a notable
  121.     swedish chemist.
  122.  
  123.     One of the most common --and unfounded-- reasons as to why Nobel
  124.     decided against a Nobel prize in math is that [a woman he proposed
  125.     to/his wife/his mistress] [rejected him beacuse of/cheated him
  126.     with] a famous mathematician. Gosta Mittag-Leffler is often claimed
  127.     to be the guilty party.
  128.      
  129.     There is no historical evidence to support the story.
  130.  
  131.     For one, Mr. Nobel was never married.
  132.  
  133.     There are more credible reasons as to why there is no Nobel prize
  134.     in math. Chiefly among them is simply the fact he didn't care much
  135.     for mathematics, and that it was not considered a practical 
  136.     science from which humanity could benefit (a chief purpose
  137.     for creating the Nobel Foundation).
  138.  
  139.  
  140.     Here are some relevant facts:
  141.  
  142.     1. Nobel never married, hence no ``wife''. (He did have a mistress,
  143.     a Viennese woman named Sophie Hess.)
  144.  
  145.     2. Gosta Mittag-Leffler was an important mathematician in Sweden
  146.     in the late 19th-early 20th century.  He was the founder of the
  147.     journal Acta Mathematica, played an important role in helping the
  148.     career of Sonya Kovalevskaya, and was eventually head of the
  149.     Stockholm Hogskola, the precursor to Stockholms Universitet.
  150.     However, it seems highly unlikely that he would have been a
  151.     leading candidate for an early Nobel Prize in mathematics, had 
  152.     there been one -- there were guys like Poincare and Hilbert around,
  153.     after all.
  154.  
  155.     3.  There is no evidence that Mittag-Leffler had much contact with
  156.     Alfred Nobel (who resided in Paris during the latter part of his
  157.     life), still less that there was animosity between them for whatever
  158.     reason.  To the contrary, towards the end of Nobel's life 
  159.     Mittag-Leffler was engaged in ``diplomatic'' negotiations to try to
  160.     persuade Nobel to designate a substantial part of his fortune to the
  161.     Hogskola. It seems hardly likely that he would have undertaken this
  162.     if there was prior bad blood between them.  Although initially Nobel
  163.     seems to have intended to do this, eventually he came up with the
  164.     Nobel Prize idea -- much to the disappointment of the Hogskola,
  165.     not to mention Nobel's relatives and Fraulein Hess.
  166.  
  167.     According to the very interesting study by Elisabeth Crawford,
  168.     ``The Beginnings of the Nobel Institution'', Cambridge Univ. Press,
  169.     1984, pages 52-53:
  170.  
  171.     ``Although it is not known how those in responsible positions
  172.     at the Hogskola came to believe that a *large* bequest was forthcoming,
  173.     this indeed was the expectation, and the disappointment was keen when
  174.     it was announced early in 1897 that the Hogskola had been left out of
  175.     Nobel's final will in 1895.  Recriminations followed, with both
  176.     Pettersson and Arrhenius [academic rivals of Mittag-Leffler in the
  177.     administration of the Hogskola] letting it be known that Nobel's
  178.     dislike for Mittag-Leffler had brought about what Pettersson termed the
  179.     `Nobel Flop'.  This is only of interest because it may have contributed
  180.     to the myth that Nobel had planned to institute a prize in mathematics
  181.     but had refrained because of his antipathy to Mittag-Leffler or
  182.     --in another version of the same story-- because of their rivalry for
  183.     the affections of a woman....''
  184.  
  185.     4.  A final speculation concerning the psychological element.
  186.     Would Nobel, sitting down to draw up his testament, presumably
  187.     in a mood of great benevolence to mankind, have allowed a mere
  188.     personal grudge to distort his idealistic plans for the monument
  189.     he would leave behind?
  190.  
  191.     Nobel, an inventor and industrialist, did not create a prize in
  192.     mathematics simply because he was not particularly interested
  193.     in mathematics or theoretical science.  His will speaks of
  194.     prizes for those ``inventions or discoveries'' of greatest
  195.     practical benefit to mankind.  (Probably as a result of this 
  196.     language, the physics prize has been awarded for experimental work
  197.     much more often than for advances in theory.)
  198.  
  199.     However, the story of some rivalry over a woman is obviously
  200.     much more amusing, and that's why it will probably continue to
  201.     be repeated.
  202.  
  203.    
  204.     References:
  205.  
  206.      Mathematical Intelligencer, vol. 7 (3), 1985, p. 74.
  207.  
  208.      Elisabeth Crawford, ``The Beginnings of the Nobel Institution'', 
  209.      Cambridge Univ. Press, 1984.
  210.  
  211.  
  212. 22Q: General References and textbooks... 
  213.  
  214.  
  215.      Full references and/or title suggestions will be appreciated:
  216.      Algebra: 
  217.  
  218.      Lang, Serge. Algebra
  219.      Birkhoff, McLane, Algebra
  220.  
  221.      Analysis:
  222.  
  223.      Rudin
  224.      Hewitt, Stromberg
  225.  
  226.  
  227.  
  228.  
  229. 23Q: Here's a formula which can be used in 123, Excel, Wings and
  230.     Dynaplan:
  231.  
  232.      ------- Input this data -------------------------------
  233.      principal amount = E9                  ( in dollars )
  234.      Amortization Period = d10              ( in years ie 6 mon = .5 )
  235.      Payments / year = D11                  ( 12 = monthly, 52 = weekly )
  236.      Published Interest rate = D12          ( ie 9 % = 0.09 )
  237.      Times per year Int calculated = d13    ( CDN mortgage use 2
  238.                                          US mortgage use 12
  239.                                          all other loans use 12 )
  240.      ----- Calculate the proper rate of interest -----------
  241.  
  242.      e14 = Effective annual rate = EXP(D13*LN(1+(D12/D13)))-1
  243.      e15 = Interest rate per payment = (EXP(LN(E14+1)/(D10*D11))-1)*D10*D11
  244.  
  245.      e17 = Payments = APMT(E9,E15/D11,D10*D11) ( both these functions are
  246.                     = PMT (E9,E15/D11,D10*D11) ( indentical,diff spreadsheet)
  247.            APMT( principal amount,interest rate per period,# periods )
  248.            ( this is a standard function on any true commercial spreadsheet)
  249.  
  250.            OR use the following if done using a calulator
  251.          = Payments = P*I/[1-(I+1)^-T]
  252.                     = E9*(E15/D11)/(1-((E15/D11) +1)**(-1*D10*D11))
  253.  
  254.      Total interest cost = E17*D10*D11-E9
  255.  
  256.      -- Use these formulas if you wish to generate an amortization table --
  257.      always add up to 'Payments (e17)'
  258.      Interest per payment  = current balance * ( E15 / D11 )
  259.      Principal per payment = current balance - Interest per payment
  260.      new current balance   = current balance - Principal per payment -
  261.                              (extra payment)
  262.  
  263.         keep repeating until 'new current balance' = 0
  264.  
  265.  
  266.  
  267.             Derivation of Compound Interest Rate Formula
  268.  
  269.      Suppose you deposited a fixed payment into an interest bearing
  270.      account at regular intervals, say monthly, at the end of each month.
  271.      How much money would there be in the account at the end of the nth
  272.      month (at which point you've made n payments)?
  273.  
  274.      Let i be the monthly interest rate as a fraction of principle.
  275.  
  276.      Let x be the amount deposited each month.
  277.  
  278.      Let n be the total number of months.
  279.  
  280.      Let p[k] be the principle after k months.
  281.  
  282.      So the recursive formula is:
  283.  
  284.           p[n] = x + ( (1 + i) * p[n-1] )                  eq 1
  285.  
  286.      This yields the summation:
  287.  
  288.                  n-1
  289.                  ---
  290.                  \
  291.           p[n] = /  x * (1 + i)^k                          eq 2
  292.                  ---
  293.                  k=0
  294.  
  295.      The way to solve this is to multiply through by (1 + i) and
  296.      subtract the original equation from the resulting equation.
  297.      Observe that all terms in the summation cancel except the
  298.      last term of the multiplied equation and the first term of
  299.      the original equation:
  300.  
  301.  
  302.           i * p[n] = x * ( (1 + i)^n - 1)                  eq 3
  303.  
  304.      or
  305.  
  306.           p[n] = x * ( (1 + i)^n - 1) / i                  eq 4
  307.  
  308.      Now suppose you borrow p at constant interest rate i.
  309.      You make monthly payments of x.  It turns out that this problem
  310.      is identical to taking out a balloon loan of p (that is it's
  311.      all due at the end of some term) and putting payments of x
  312.      into a savings account.  At the end of the term you use the
  313.      principle in the savings account to pay off the balance of
  314.      the loan.  The loan and the savings account, of course, must
  315.      be at the same interest rate.  So what we want to know is:
  316.      what monthly payment is needed so that the balance of the
  317.      savings account will be identical to the balance of the balloon
  318.      loan after n payments?
  319.  
  320.      The formula for the principal of the balloon loan at the
  321.      end of the nth month is:
  322.  
  323.           p[n] = p[0] * (1 + i)^n                          eq 5
  324.  
  325.      So we set this expression equal to the expression for the
  326.      the savings account (eq 4), and we get:
  327.  
  328.           p[0] * (1 + i)^n  =  x * ( (1 + i)^n - 1) / i    eq 6
  329.  
  330.      or solving for x:
  331.  
  332.           x = p[0] * (1 + i)^n * i / ( (1 + i)^n - 1)      eq 7
  333.  
  334.  
  335.      If (1 + i)^n is large enough (say greater than 5), here
  336.      is an approximation for determining n from x, p, and i:
  337.  
  338.           n ~= -ln( ln(x/(i*p) ) ) / ln(1+i)               eq 8
  339.  
  340.      The above approximation is based upon the following approximation:
  341.  
  342.           ln(y - 1)  ~=  ln y  -  1/y
  343.  
  344.                                                            eq 9
  345.  
  346.      Which is within 2% for y >= 5.
  347.  
  348.      For example, a $100000 loan at 1% monthly, paying $1028.61
  349.      per month should be paid in 360 months.  The approximation
  350.      yields 358.9 payments.
  351.  
  352.      If this were your 30 year mortgage and you were paying $1028.61
  353.      per month and you wanted to see the effect of paying $1050
  354.      per month, the approximation tells you that it would be paid
  355.      off in 303.5 months (25 years and 3.5 months).  If you stick
  356.      304 months into the equation for x (eq 7), you get $1051.04, so
  357.      it is fairly close.  This approximation does not work, though,
  358.      for very small interest rates or for a small number of payments.
  359.      The rule is to get a rough idea first of what (1 + i)^n is.
  360.      If that is greater than 5, the approximation works pretty
  361.      well.  In the examples given, (1 + i)^n is about 36.
  362.  
  363.  
  364.      Finding i given n, x, and p is not as easy.  If i is less than
  365.      5% per payment period, the following equation approximately
  366.      holds for i:
  367.  
  368.           i = -(1/n) * ln(1 - i*p/x)                       eq 10
  369.  
  370.      There is no direct solution to this, but you can do it by
  371.      Newton-Raphson approximation.  Begin with a guess, i[0].
  372.      Then apply:
  373.  
  374.  
  375.                        x*(1 - i[k]*p/x) * (n*i[k] + ln(1 - i[k]*p/x))
  376.        i[k+1] = i[k] - ----------------------------------------------
  377.                              x*n*(1 - i[k]*p/x)  -  p
  378.  
  379.                                                            eq 11
  380.  
  381.      You must start with i too big, because eq 10 has a solution
  382.      at i=0, and that's not the one you want to end up with.
  383.  
  384.      Example:  Let the loan be for p=$10000, x=$50/week for
  385.      5 years (n=260).  Let i[0] = 20% per annum or 0.3846%
  386.      per week.  Since i must be a fraction rather than a percent,
  387.      i[0] = 0.003846.  Then, applying eq 11:
  388.  
  389.        i[1] = 0.003077
  390.  
  391.        i[2] = 0.002479
  392.  
  393.        i[3] = 0.002185
  394.  
  395.        i[4] = 0.002118
  396.  
  397.        i[5] = 0.002115
  398.  
  399.      The series is clearly beginning to converge here.
  400.  
  401.      To get i[5] as an annual percentage rate, multiply by 52 weeks
  402.      in a year and then by 100%, so i[5] = 10.997% per annum.
  403.      Substituting i[5] back into eq 7, we get x = $50.04, so it
  404.      works pretty well.
  405.  
  406.  
  407.      The theory of interest, by Stephen G. Kellison.  Homewood, Ill., R. D.
  408.      Irwin, 197o-.
  409.  
  410.  
  411.  
  412. 24Q.- Euler's formula e^(i Pi) = - 1 ...
  413.  
  414.       e^(ip) = -1
  415.  
  416.       where i = sqrt(-1), p = pi ...
  417.  
  418.  
  419.  
  420. Copyright Notice
  421.  
  422. Copyright (c) 1993   A. Lopez-Ortiz
  423.  
  424.  
  425. --------------------------------------------------------------------------
  426. Questions and Answers Edited and Compiled by:
  427.  
  428. Alex Lopez-Ortiz                              alopez-o@maytag.UWaterloo.ca
  429. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  430. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  431. -- 
  432. Alex Lopez-Ortiz                             alopez-o@neumann.UWaterloo.ca
  433. Department of Computer Science                      University of Waterloo
  434. Waterloo, Ontario                                                   Canada
  435.