Used new math lib of C to create new version of Mathlib
authorceriel <none@none>
Mon, 25 Jul 1988 16:41:51 +0000 (16:41 +0000)
committerceriel <none@none>
Mon, 25 Jul 1988 16:41:51 +0000 (16:41 +0000)
lang/m2/libm2/Mathlib.def
lang/m2/libm2/Mathlib.mod

index ba59583..5dcb0a1 100644 (file)
@@ -8,19 +8,27 @@ DEFINITION MODULE Mathlib;
   (* Some mathematical constants: *)
 
   CONST
-       (* From:        Handbook of Mathematical Functions
-                       Edited by M. Abramowitz and I.A. Stegun
-                       National Bureau of Standards
-                       Applied Mathematics Series 55
+       (* From:        Computer Approximations
+                       Hart, Cheney, e.a.
+                       The SIAM Series in Applied Mathematics
+                       John Wiley & Sons, INC. New York London Sydney, 1968
        *)
 
-       pi      = 3.141592653589793238462643;
-       twicepi = 6.283185307179586476925286;
-       halfpi  = 1.570796326794896619231322;
-       quartpi = 0.785398163397448309615661;
-       e       = 2.718281828459045235360287;
-       ln2     = 0.693147180559945309417232;
-       ln10    = 2.302585092994045684017992;
+       pi      = 3.14159265358979323846264338327950288;
+       twicepi = 6.28318530717958647692528676655900576;
+       halfpi  = 1.57079632679489661923132169163975144;
+       quartpi = 0.78539816339744830961566084581987572;
+       e       = 2.71828182845904523536028747135266250;
+       ln2     = 0.69314718055994530941723212145817657;
+       ln10    = 2.30258509299404568401799145468436421;
+
+       longpi          = 3.14159265358979323846264338327950288D;
+       longtwicepi     = 6.28318530717958647692528676655900576D;
+       longhalfpi      = 1.57079632679489661923132169163975144D;
+       longquartpi     = 0.78539816339744830961566084581987572D;
+       longe           = 2.71828182845904523536028747135266250D;
+       longln2         = 0.69314718055994530941723212145817657D;
+       longln10        = 2.30258509299404568401799145468436421D;
 
   (* basic functions *)
 
index 7b84f89..86fc58f 100644 (file)
@@ -14,15 +14,11 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
   FROM EM IMPORT FIF, FEF;
   FROM Traps IMPORT Message;
 
-       (* From:        Handbook of Mathematical Functions
-                       Edited by M. Abramowitz and I.A. Stegun
-                       National Bureau of Standards
-                       Applied Mathematics Series 55
-       *)
-
   CONST
        OneRadianInDegrees      = 57.295779513082320876798155D;
        OneDegreeInRadians      =  0.017453292519943295769237D;
+       Sqrt2                   = 1.41421356237309504880168872420969808D;
+       OneOverSqrt2            = 0.70710678118654752440084436210484904D;
 
   (* basic functions *)
 
@@ -32,8 +28,7 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
   END pow;
 
   PROCEDURE longpow(x: LONGREAL; i: INTEGER): LONGREAL;
-    VAR
-       val: LONGREAL;
+    VAR        val: LONGREAL;
        ri: LONGREAL;
   BEGIN
        ri := FLOATD(i);
@@ -93,7 +88,7 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
                temp := temp / 2.0D;
                exp := exp + 2;
        END;
-       FOR i := 0 TO 4 DO
+       FOR i := 0 TO 5 DO
                temp := 0.5D*(temp + x/temp);
        END;
        RETURN temp;
@@ -105,42 +100,50 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
   END exp;
 
   PROCEDURE longexp(x: LONGREAL): LONGREAL;
-  (*
-   * n = floor(x / ln2), d = x / ln2 - n
-   * exp(x) = exp((x / ln2) * ln2) = exp((n + d) * ln2) =
-   * exp(n * ln2) * exp(d * ln2) = 2 ** n * exp(d * ln2)
-   *)
+  (*      2**x = (Q(x*x)+x*P(x*x))/(Q(x*x)-x*P(x*x)) for x in [0,0.5] *)
+  (*      Hart & Cheney #1069 *)
     CONST
-       a1 = -0.9999999995D;
-       a2 =  0.4999999206D;
-       a3 = -0.1666653019D;
-       a4 =  0.0416573475D;
-       a5 = -0.0083013598D;
-       a6 =  0.0013298820D;
-       a7 = -0.0001413161D;
+       p0 = 0.2080384346694663001443843411D+07;
+       p1 = 0.3028697169744036299076048876D+05;
+       p2 = 0.6061485330061080841615584556D+02;
+       q0 = 0.6002720360238832528230907598D+07;
+       q1 = 0.3277251518082914423057964422D+06;
+       q2 = 0.1749287689093076403844945335D+04;
+       q3 = 0.1000000000000000000000000000D+01;
+
     VAR
        neg: BOOLEAN;
-       polval: LONGREAL;
+       xPxx, Qxx: LONGREAL;
        n: LONGREAL;
        n1 : INTEGER;
+       xsq : LONGREAL;
+       large: BOOLEAN;
   BEGIN
        neg := x < 0.0D;
        IF neg THEN
                x := -x;
        END;
-       x := FIF(x, 1.0D/LONG(ln2), n) * LONG(ln2);
-       polval := 1.0D /(1.0D + x*(a1+x*(a2+x*(a3+x*(a4+x*(a5+x*(a6+x*a7)))))));
+       x := FIF(x/longln2, 1.0D, n);
+       large := x > 0.5D;
+       IF large THEN x := x - 0.5D; END;
+       xsq := x*x;
+       xPxx := x*((p2*xsq+p1)*xsq+p0);
+       Qxx := ((q3*xsq+q2)*xsq+q1)*xsq+q0;
+       x := (Qxx + xPxx)/(Qxx - xPxx);
+       IF large THEN
+               x := x * Sqrt2;
+       END;
        n1 := TRUNCD(n + 0.5D);
        WHILE n1 >= 16 DO
-               polval := polval * 65536.0D;
+               x := x * 65536.0D;
                n1 := n1 - 16;
        END;
        WHILE n1 > 0 DO
-               polval := polval * 2.0D;
+               x := x * 2.0D;
                DEC(n1);
        END;
-       IF neg THEN RETURN 1.0D/polval; END;
-       RETURN polval;
+       IF neg THEN RETURN 1.0D/x; END;
+       RETURN x;
   END longexp;
 
   PROCEDURE ln(x: REAL): REAL; (* natural log *)
@@ -149,18 +152,23 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
   END ln;
 
   PROCEDURE longln(x: LONGREAL): LONGREAL;     (* natural log *)
+  (* log(x) = z*P(z*z)/Q(z*z), z = (x-1)/(x+1), x in [1/sqrt(2), sqrt(2)]
+     Hart & Cheney #2707
+  *)
     CONST
-       a1 =  0.9999964239D;
-       a2 = -0.4998741238D;
-       a3 =  0.3317990258D;
-       a4 = -0.2407338084D;
-       a5 =  0.1676540711D;
-       a6 = -0.0953293897D;
-       a7 =  0.0360884937D;
-       a8 = -0.0064535442D;
+       p0 =  0.7504094990777122217455611007D+02;
+       p1 = -0.1345669115050430235318253537D+03;
+       p2 =  0.7413719213248602512779336470D+02;
+       p3 = -0.1277249755012330819984385000D+02;
+       p4 =  0.3327108381087686938144000000D+00;
+       q0 =  0.3752047495388561108727775374D+02;
+       q1 = -0.7979028073715004879439951583D+02;
+       q2 =  0.5616126132118257292058560360D+02;
+       q3 = -0.1450868091858082685362325000D+02;
+       q4 =  0.1000000000000000000000000000D+01;
     VAR
        exp: INTEGER;
-       polval: LONGREAL;
+       z, zsq: LONGREAL;
 
   BEGIN
        IF x <= 0.0D THEN
@@ -168,13 +176,15 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
                HALT
        END;
        x := FEF(x, exp);
-       WHILE x < 1.0D DO
+       WHILE x < OneOverSqrt2 DO
                x := x + x;
                DEC(exp);
        END;
-       x := x - 1.0D;
-       polval := x*(a1+x*(a2+x*(a3+x*(a4+x*(a5+x*(a6+x*(a7+a8*x)))))));
-       RETURN polval + FLOATD(exp) * LONG(ln2);
+       z := (x - 1.0D) / (x + 1.0D);
+       zsq := z*z;
+       RETURN z * ((((p4*zsq+p3)*zsq+p2)*zsq+p1)*zsq+p0) /
+                  ((((q4*zsq+q3)*zsq+q2)*zsq+q1)*zsq+q0) +
+               FLOATD(exp) * longln2;
   END longln;
 
   PROCEDURE log(x: REAL): REAL;        (* log with base 10 *)
@@ -184,7 +194,7 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
 
   PROCEDURE longlog(x: LONGREAL): LONGREAL;    (* log with base 10 *)
   BEGIN
-       RETURN longln(x)/LONG(ln10);
+       RETURN longln(x)/longln10;
   END longlog;
 
   (* trigonometric functions; arguments in radians *)
@@ -194,34 +204,80 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
        RETURN SHORT(longsin(LONG(x)));
   END sin;
 
-  PROCEDURE longsin(x: LONGREAL): LONGREAL;
+  PROCEDURE sinus(x: LONGREAL; quadrant: INTEGER) : LONGREAL;
+  (* sin(0.5*pi*x) = x * P(x*x)/Q(x*x) for x in [0,1]
+     Hart & Cheney # 3374
+  *)
     CONST
-       a2  = -0.1666666664D;
-       a4  =  0.0083333315D;
-       a6  = -0.0001984090D;
-       a8  =  0.0000027526D;
-       a10 = -0.0000000239D;
+       p0 =  0.4857791909822798473837058825D+10;
+       p1 = -0.1808816670894030772075877725D+10;
+       p2 =  0.1724314784722489597789244188D+09;
+       p3 = -0.6351331748520454245913645971D+07;
+       p4 =  0.1002087631419532326179108883D+06;
+       p5 = -0.5830988897678192576148973679D+03;
+       q0 =  0.3092566379840468199410228418D+10;
+       q1 =  0.1202384907680254190870913060D+09;
+       q2 =  0.2321427631602460953669856368D+07;
+       q3 =  0.2848331644063908832127222835D+05;
+       q4 =  0.2287602116741682420054505174D+03;
+       q5 =  0.1000000000000000000000000000D+01;
+       A1 =  6.2822265625D;
+       A2 =  0.00095874467958647692528676655900576D;
     VAR
-       xsqr: LONGREAL;
-       neg: BOOLEAN;
+       xsq, x1, x2, n : LONGREAL;
+       t : INTEGER;
   BEGIN
-       neg := FALSE;
        IF x < 0.0D THEN
-               neg := TRUE;
+               INC(quadrant, 2);
                x := -x;
        END;
-       x := FIF(x, 1.0D / LONG(twicepi), (* dummy *) xsqr) * LONG(twicepi);
-       IF x >= LONG(pi) THEN
-               neg := NOT neg;
-               x := x - LONG(pi);
+       IF longhalfpi - x = longhalfpi THEN
+               CASE quadrant OF
+               | 0,2:
+                       RETURN 0.0D;
+               | 1:
+                       RETURN 1.0D;
+               | 3:
+                       RETURN -1.0D;
+               END;
        END;
-       IF x > LONG(halfpi) THEN
-               x := LONG(pi) - x;
+       IF x >= longtwicepi THEN
+               IF x <= FLOATD(MAX(LONGINT)) THEN
+               (*      Use extended precision to calculate reduced argument.
+                        Split 2pi in 2 parts a1 and a2, of which the first only
+                        uses some bits of the mantissa, so that n * a1 is
+                        exactly representable, where n is the integer part of
+                        x/pi.
+                        Here we used 12 bits of the mantissa for a1.
+                       Also split x in integer part x1 and fraction part x2.
+                       We then compute x-n*2pi as ((x1 - n*a1) + x2) - n*a2.
+               *)
+                       n := FLOATD(TRUNCD(x/longtwicepi));
+                       x1 := FLOATD(TRUNCD(x));
+                       x2 := x - x1;
+                       x := ((x1 - n * A1) + x2) - n * A2;
+               ELSE
+                       x := FIF(x/longtwicepi, 1.0D, x1) * longtwicepi;
+               END
        END;
-       xsqr := x * x;
-       x := x * (1.0D + xsqr*(a2+xsqr*(a4+xsqr*(a6+xsqr*(a8+xsqr*a10)))));
-       IF neg THEN RETURN -x; END;
-       RETURN x;
+       x := x / longhalfpi;
+       t := TRUNC(x);
+       x := x - FLOATD(t);
+       quadrant := (quadrant + t MOD 4) MOD 4;
+       IF ODD(quadrant) THEN
+               x := 1.0D - x;
+       END;
+       IF quadrant > 1 THEN
+               x := -x;
+       END;
+       xsq := x * x;
+       RETURN x * (((((p5*xsq+p4)*xsq+p3)*xsq+p2)*xsq+p1)*xsq+p0) /
+                  (((((q5*xsq+q4)*xsq+q3)*xsq+q2)*xsq+q1)*xsq+q0);
+  END sinus;
+               
+  PROCEDURE longsin(x: LONGREAL): LONGREAL;
+  BEGIN
+       RETURN sinus(x, 0);
   END longsin;
 
   PROCEDURE cos(x: REAL): REAL;
@@ -230,30 +286,9 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
   END cos;
 
   PROCEDURE longcos(x: LONGREAL): LONGREAL;
-    CONST
-       a2  = -0.4999999963D;
-       a4  =  0.0416666418D;
-       a6  = -0.0013888397D;
-       a8  =  0.0000247609D;
-       a10 = -0.0000002605D;
-    VAR
-       xsqr: LONGREAL;
-       neg: BOOLEAN;
   BEGIN
-       neg := FALSE;
        IF x < 0.0D THEN x := -x; END;
-       x := FIF(x, 1.0D / LONG(twicepi), (* dummy *) xsqr) * LONG(twicepi);
-       IF x >= LONG(pi) THEN
-               x := LONG(twicepi) - x;
-       END;
-       IF x > LONG(halfpi) THEN
-               neg := NOT neg;
-               x := LONG(pi) - x;
-       END;
-       xsqr := x * x;
-       x := 1.0D + xsqr*(a2+xsqr*(a4+xsqr*(a6+xsqr*(a8+xsqr*a10))));
-       IF neg THEN RETURN -x; END;
-       RETURN x;
+       RETURN sinus(x, 1);     
   END longcos;
 
   PROCEDURE tan(x: REAL): REAL;
@@ -277,24 +312,31 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
        RETURN SHORT(longarcsin(LONG(x)));
   END arcsin;
 
-  PROCEDURE longarcsin(x: LONGREAL): LONGREAL;
-    CONST
-       a0 =  1.5707963050D;
-       a1 = -0.2145988016D;
-       a2 =  0.0889789874D;
-       a3 = -0.0501743046D;
-       a4 =  0.0308918810D;
-       a5 = -0.0170881256D;
-       a6 =  0.0066700901D;
-       a7 = -0.0012624911D;
+  PROCEDURE arcsincos(x: LONGREAL; cosfl: BOOLEAN): LONGREAL;
+  VAR
+       negative : BOOLEAN;
   BEGIN
-       IF x < 0.0D THEN x := -x; END;
+       negative := x <= 0.0D;
+       IF negative THEN x := -x; END;
        IF x > 1.0D THEN
-               Message("arcsin: argument > 1");
+               Message("arcsin or arccos: argument > 1");
                HALT
        END;
-       RETURN LONG(halfpi) -
-               longsqrt(1.0D - x)*(a0+x*(a1+x*(a2+x*(a3+x*(a4+x*(a5+x*(a6+x*a7)))))));
+       IF x = 1.0D THEN
+               x := longhalfpi;
+       ELSE
+               x := longarctan(x/longsqrt(1.0D - x*x));
+       END;
+       IF negative THEN x := -x; END;
+       IF cosfl THEN
+               RETURN longhalfpi - x;
+       END;
+       RETURN x;
+  END arcsincos;       
+
+  PROCEDURE longarcsin(x: LONGREAL): LONGREAL;
+  BEGIN
+       RETURN arcsincos(x, FALSE);
   END longarcsin;
 
   PROCEDURE arccos(x: REAL): REAL;
@@ -304,7 +346,7 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
 
   PROCEDURE longarccos(x: LONGREAL): LONGREAL;
   BEGIN
-       RETURN LONG(halfpi) - longarcsin(x);
+       RETURN arcsincos(x, TRUE);
   END longarccos;
 
   PROCEDURE arctan(x: REAL): REAL;
@@ -312,35 +354,109 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
        RETURN SHORT(longarctan(LONG(x)));
   END arctan;
 
+  TYPE
+       precomputed = RECORD
+                       X:      LONGREAL;       (* partition point *)
+                       arctan: LONGREAL;       (* arctan of evaluation node *)
+                       OneOverXn: LONGREAL;    (* 1/xn *)
+                       OneOverXnSquarePlusone: LONGREAL;       (* ... *)
+                     END;
+
+  VAR  arctaninit: BOOLEAN;
+       precomp : ARRAY[0..4] OF precomputed;
+
   PROCEDURE longarctan(x: LONGREAL): LONGREAL;
+  (*      The interval [0, infinity) is treated as follows:
+         Define partition points Xi
+                 X0 = 0
+                 X1 = tan(pi/16)
+                 X2 = tan(3pi/16)
+                 X3 = tan(5pi/16)
+                 X4 = tan(7pi/16)
+                 X5 = infinity
+          and evaluation nodes xi
+                 x2 = tan(2pi/16)
+                 x3 = tan(4pi/16)
+                 x4 = tan(6pi/16)
+                 x5 = infinity
+          An argument x in [Xn-1, Xn] is now reduced to an argument
+          t in [-X1, X1] by the following formulas:
+
+                   t = 1/xn - (1/(xn*xn) + 1)/((1/xn) + x)
+
+                   arctan(x) = arctan(xi) + arctan(t)
+
+          For the interval [0, p/16] an approximation is used:
+                   arctan(x) = x * P(x*x)/Q(x*x)
+  *)
+  (* Hart & Cheney # 5037 *)
     CONST
-       a2  = -0.3333314528D;
-       a4  =  0.1999355085D;
-       a6  = -0.1420889944D;
-       a8  =  0.1065626393D;
-       a10 = -0.0752896400D;
-       a12 =  0.0429096318D;
-       a14 = -0.0161657367D;
-       a16 =  0.0028662257D;
+       p0 = 0.7698297257888171026986294745D+03;
+       p1 = 0.1557282793158363491416585283D+04;
+       p2 = 0.1033384651675161628243434662D+04;
+       p3 = 0.2485841954911840502660889866D+03;
+       p4 = 0.1566564964979791769948970100D+02;
+       q0 = 0.7698297257888171026986294911D+03;
+       q1 = 0.1813892701754635858982709369D+04;
+       q2 = 0.1484049607102276827437401170D+04;
+       q3 = 0.4904645326203706217748848797D+03;
+       q4 = 0.5593479839280348664778328000D+02;
+       q5 = 0.1000000000000000000000000000D+01;
     VAR
        xsqr: LONGREAL;
-       rev: BOOLEAN;
        neg: BOOLEAN;
-  BEGIN
-       rev := FALSE;
+       i: INTEGER;
+  BEGIN
+       IF NOT arctaninit THEN
+               arctaninit := TRUE;
+               WITH precomp[0] DO
+                       X := 0.19891236737965800691159762264467622;
+                       arctan := 0.0D;
+                       OneOverXn := 0.0D;
+                       OneOverXnSquarePlusone := 0.0D;
+               END;
+               WITH precomp[1] DO
+                       X := 0.66817863791929891999775768652308076;
+                       arctan := longpi/8.0D;
+                       OneOverXn := 2.41421356237309504880168872420969808;
+                       OneOverXnSquarePlusone := 6.82842712474619009760337744841939616;
+               END;
+               WITH precomp[2] DO
+                       X := 1.49660576266548901760113513494247691;
+                       arctan := longquartpi;
+                       OneOverXn := 1.0;
+                       OneOverXnSquarePlusone := 2.0;
+               END;
+               WITH precomp[3] DO
+                       X := 5.02733949212584810451497507106407238;
+                       arctan := 3.0D*longpi/8.0D;
+                       OneOverXn := 0.41421356237309504880168872420969808;
+                       OneOverXnSquarePlusone := 1.17157287525380998659662255158060384;
+               END;
+               WITH precomp[4] DO
+                       X := 0.0;
+                       arctan := longhalfpi;
+                       OneOverXn := 0.0;
+                       OneOverXnSquarePlusone := 1.0;
+               END;
+       END;
        neg := FALSE;
        IF x < 0.0D THEN
                neg := TRUE;
                x := -x;
        END;
-       IF x > 1.0D THEN
-               rev := TRUE;
-               x := 1.0D / x;
+       i := 0;
+       WHILE (i <= 3) AND (x <= precomp[i].X) DO
+               INC(i);
        END;
-       xsqr := x * x;
-       x := x * (1.0D + xsqr*(a2+xsqr*(a4+xsqr*(a6+xsqr*(a8+xsqr*(a10+xsqr*(a12+xsqr*(a14+xsqr*a16))))))));
-       IF rev THEN
-               x := LONG(quartpi) - x;
+       IF (i # 0) THEN 
+           WITH precomp[i] DO
+               x := arctan + longarctan(OneOverXn-OneOverXnSquarePlusone/(OneOverXn+x));
+           END
+       ELSE
+               xsqr := x * x;
+               x := x *  ((((p4*xsqr+p3)*xsqr+p2)*xsqr+p1)*xsqr+p0) /
+                       (((((q5*xsqr+q4)*xsqr+q3)*xsqr+q2)*xsqr+q1)*xsqr+q0);
        END;
        IF neg THEN RETURN -x; END;
        RETURN x;
@@ -452,4 +568,6 @@ IMPLEMENTATION MODULE Mathlib;
        RETURN x * OneDegreeInRadians;
   END longDegreeToRadian;
 
+BEGIN
+       arctaninit := FALSE;
 END Mathlib.