Update copyright notices for 2013.
[emacs.git] / doc / misc / calc.texi
blob6d036910877cb1b22e134b595edb4c73e7f0379d
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
10 @include emacsver.texi
12 @c The following macros are used for conditional output for single lines.
13 @c @texline foo
14 @c    `foo' will appear only in TeX output
15 @c @infoline foo
16 @c    `foo' will appear only in non-TeX output
18 @c @expr{expr} will typeset an expression;
19 @c $x$ in TeX, @samp{x} otherwise.
21 @iftex
22 @macro texline
23 @end macro
24 @alias infoline=comment
25 @alias expr=math
26 @alias tfn=code
27 @alias mathit=expr
28 @alias summarykey=key
29 @macro cpi{}
30 @math{@pi{}}
31 @end macro
32 @macro cpiover{den}
33 @math{@pi/\den\}
34 @end macro
35 @end iftex
37 @ifnottex
38 @alias texline=comment
39 @macro infoline{stuff}
40 \stuff\
41 @end macro
42 @alias expr=samp
43 @alias tfn=t
44 @alias mathit=i
45 @macro summarykey{ky}
46 \ky\
47 @end macro
48 @macro cpi{}
49 @expr{pi}
50 @end macro
51 @macro cpiover{den}
52 @expr{pi/\den\}
53 @end macro
54 @end ifnottex
57 @tex
58 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
59 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
60 @end tex
62 @c Fix some other things specifically for this manual.
63 @iftex
64 @finalout
65 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
66 @tex
67 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
69 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
70 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
71 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
72 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
73 @end tex
74 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
75 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
76 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
77 @ignore
78 @newcount@calcpageno
79 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
80 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
81 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
82 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
83 \r@ggedbottomtrue
84 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
85 @end ignore
86 @end iftex
88 @copying
89 @ifinfo
90 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
91 @end ifinfo
92 @ifnotinfo
93 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator, included with
94 GNU Emacs @value{EMACSVER}.
95 @end ifnotinfo
97 Copyright @copyright{} 1990--1991, 2001--2013 Free Software Foundation, Inc.
99 @quotation
100 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
101 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or
102 any later version published by the Free Software Foundation; with the
103 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
104 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
105 Texts as in (a) below.  A copy of the license is included in the section
106 entitled ``GNU Free Documentation License.''
108 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have the freedom to copy and
109 modify this GNU manual.''
110 @end quotation
111 @end copying
113 @dircategory Emacs misc features
114 @direntry
115 * Calc: (calc).                 Advanced desk calculator and mathematical tool.
116 @end direntry
118 @titlepage
119 @sp 6
120 @center @titlefont{Calc Manual}
121 @sp 4
122 @center GNU Emacs Calc
123 @c [volume]
124 @sp 5
125 @center Dave Gillespie
126 @center daveg@@synaptics.com
127 @page
129 @vskip 0pt plus 1filll
130 @insertcopying
131 @end titlepage
134 @summarycontents
136 @c [end]
138 @contents
140 @c [begin]
141 @ifnottex
142 @node Top, Getting Started, (dir), (dir)
143 @chapter The GNU Emacs Calculator
145 @noindent
146 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
147 written by Dave Gillespie that runs as part of the GNU Emacs environment.
149 This manual, also written (mostly) by Dave Gillespie, is divided into
150 three major parts: ``Getting Started,'' the ``Calc Tutorial,'' and the
151 ``Calc Reference.''  The Tutorial introduces all the major aspects of
152 Calculator use in an easy, hands-on way.  The remainder of the manual is
153 a complete reference to the features of the Calculator.
154 @end ifnottex
156 @ifinfo
157 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
158 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
159 longer Info tutorial.)
160 @end ifinfo
162 @insertcopying
164 @menu
165 * Getting Started::       General description and overview.
166 @ifinfo
167 * Interactive Tutorial::
168 @end ifinfo
169 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
171 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
172 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
173 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
174 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
175 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
176 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
177 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
178 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
179 * Units::                 Operations on numbers with units.
180 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
181 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
182 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
183 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
184 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
185 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
187 * Copying::               How you can copy and share Calc.
188 * GNU Free Documentation License:: The license for this documentation.
189 * Customizing Calc::      Customizing Calc.
190 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
192 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
194 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
195 * Command Index::         The interactive Calc commands.
196 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
197 * Concept Index::         General concepts.
198 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
199 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
200 @end menu
202 @ifinfo
203 @node Getting Started, Interactive Tutorial, Top, Top
204 @end ifinfo
205 @ifnotinfo
206 @node Getting Started, Tutorial, Top, Top
207 @end ifnotinfo
208 @chapter Getting Started
209 @noindent
210 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
211 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
212 and what are the various ways that it can be used.
214 @menu
215 * What is Calc::
216 * About This Manual::
217 * Notations Used in This Manual::
218 * Demonstration of Calc::
219 * Using Calc::
220 * History and Acknowledgments::
221 @end menu
223 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
224 @section What is Calc?
226 @noindent
227 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
228 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
229 series of calculators, its many features include:
231 @itemize @bullet
232 @item
233 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
235 @item
236 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
238 @item
239 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
240 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
241 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
242 and algebraic formulas.
244 @item
245 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
247 @item
248 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
250 @item
251 Financial functions such as future value and internal rate of return.
253 @item
254 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
255 modulo @var{m} for any @var{m}.
257 @item
258 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
260 @item
261 Moving data to and from regular editing buffers.
263 @item
264 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
265 inside any editing buffer.
267 @item
268 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
270 @item
271 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
272 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
273 @end itemize
275 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
276 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
277 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
278 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
279 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
280 the program you can learn its additional features.  Calc does not
281 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
282 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
284 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
285 @section About This Manual
287 @noindent
288 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
289 Calculator.  It works both as an introduction for novices and as
290 a reference for experienced users.  While it helps to have some
291 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
292 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
293 regularly.
295 This manual is divided into three major parts: the ``Getting
296 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial, and the Calc
297 reference manual.
298 @c [when-split]
299 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
300 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
301 @c chapter.
303 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
304 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
305 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
306 will show you everything you need to know to begin.
307 @xref{Demonstration of Calc}.
309 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
310 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
311 to Calc and you have some time, try going through at least the
312 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
313 with answers.  These exercises give you some guided practice with
314 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
315 to use its features.
317 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
318 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
319 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
320 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
321 need to know.
323 @c @cindex Marginal notes
324 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
325 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
326 variables also have their own indices.
327 @c @texline Each
328 @c @infoline In the printed manual, each
329 @c paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
330 @c in the margin with its index entry.
332 @c [fix-ref Help Commands]
333 You can access this manual on-line at any time within Calc by pressing
334 the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window, you can press
335 @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  From within Calc the command
336 @kbd{h t} will jump directly to the Tutorial; from outside of Calc the
337 command @kbd{C-x * t} will jump to the Tutorial and start Calc if
338 necessary.  Pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s} will take you directly
339 to the Calc Summary.  Within Calc, you can also go to the part of the
340 manual describing any Calc key, function, or variable using
341 @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v}, respectively.  @xref{Help Commands}.
343 @ifnottex
344 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
345 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
346 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
347 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
348 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
349 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
350 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
351 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
352 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
353 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
354 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
355 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
356 The result will be a device-independent output file called
357 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
358 for your system.  On many systems, the command is
360 @example
361 lpr -d calc.dvi
362 @end example
364 @noindent
367 @example
368 dvips calc.dvi
369 @end example
370 @end ifnottex
371 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
372 @c Foundation.
374 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
375 @section Notations Used in This Manual
377 @noindent
378 This section describes the various notations that are used
379 throughout the Calc manual.
381 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
382 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
383 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
384 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
385 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
386 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
387 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
388 whatever key you would use to correct a simple typing error when
389 regularly using Emacs.
391 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
392 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
393 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
394 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
395 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
397 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
398 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
399 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
401 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
402 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
403 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
404 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
406 Commands that correspond to functions in algebraic notation
407 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
408 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
409 the corresponding function in an algebraic-style formula would
410 be @samp{cos(@var{x})}.
412 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
413 [@code{sincos}].
415 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
416 @section A Demonstration of Calc
418 @noindent
419 @cindex Demonstration of Calc
420 This section will show some typical small problems being solved with
421 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
422 everything you see here will be covered more thoroughly in the
423 Tutorial.
425 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
426 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
427 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
428 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
430 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
431 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
432 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
433 Delete, and Space keys.
435 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
436 then the command to operate on the numbers.
438 @noindent
439 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute
440 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
441 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
443 @noindent
444 Type @kbd{P 2 ^} to compute
445 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
446 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
448 @noindent
449 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
451 @noindent
452 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
453 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
455 @noindent
456 Type @key{DEL} to erase this result.
458 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
459 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
460 use the apostrophe key.
462 @noindent
463 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute
464 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
465 @infoline the square root of 2+3.
467 @noindent
468 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter
469 @texline @math{\pi^2}.
470 @infoline `pi' squared.
471 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
473 @noindent
474 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
475 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
477 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
478 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
479 the next section.)
481 @noindent
482 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
483 ``buttons'' using your left mouse button.
485 @noindent
486 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
488 @noindent
489 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
491 @noindent
492 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
494 @noindent
495 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
496 the Keypad Calculator off.
498 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
499 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
500 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
501 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
502 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
503 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
504 ``grab'' these numbers into Calc.
506 @example
507 @group
508 1.23  1.97
509 1.6   2
510 1.19  1.08
511 @end group
512 @end example
514 @noindent
515 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
516 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
518 @noindent
519 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
520 the product of the numbers.
522 @noindent
523 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
524 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
525 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
527 @noindent
528 Type @kbd{v t} to transpose this
529 @texline @math{3\times2}
530 @infoline 3x2
531 matrix into a
532 @texline @math{2\times3}
533 @infoline 2x3
534 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
535 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
536 of the two original columns. (There is also a special
537 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
539 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
540 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
541 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
543 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
544 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
545 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
546 many weeks have passed since then.
548 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
549 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
550 to enter a pair of equations involving three variables.
551 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
552 in @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
553 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
555 @noindent
556 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
557 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
558 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
559 and @kbd{d L} to view them in the notation for the @LaTeX{} typesetting
560 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
562 @noindent
563 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
564 (That's the letter @kbd{l}, not the numeral @kbd{1}.)
566 @ifnotinfo
567 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
568 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
569 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
570 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
571 @kbd{h s} to read the Calc summary.
572 @end ifnotinfo
573 @ifinfo
574 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
575 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
576 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
577 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
578 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
579 @end ifinfo
581 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
582 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
584 @node Using Calc, History and Acknowledgments, Demonstration of Calc, Getting Started
585 @section Using Calc
587 @noindent
588 Calc has several user interfaces that are specialized for
589 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
590 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
592 @menu
593 * Starting Calc::
594 * The Standard Interface::
595 * Quick Mode Overview::
596 * Keypad Mode Overview::
597 * Standalone Operation::
598 * Embedded Mode Overview::
599 * Other C-x * Commands::
600 @end menu
602 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
603 @subsection Starting Calc
605 @noindent
606 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
607 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch},
608 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
610 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
611 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
612 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
613 which Calc interface you want to use.
615 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
616 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
617 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
618 a complete list.
620 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
621 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
622 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
624 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
625 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
626 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
627 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
628 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
630 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
631 the Calculator also turn it off if it is already on.
633 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
634 @subsection The Standard Calc Interface
636 @noindent
637 @cindex Standard user interface
638 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
639 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
640 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
641 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
643 @smallexample
644 @group
647 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
648 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calculator Trail
649 2:  17.3                                        |    17.3
650 1:  -5                                          |    3
651     .                                           |    2
652                                                 |    4
653                                                 |  * 8
654                                                 |  ->-5
655                                                 |
656 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%*- *Calc Trail*
657 @end group
658 @end smallexample
660 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
661 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
662 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
663 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
664 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
665 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
666 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
667 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
668 you do.
670 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
671 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
672 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
673 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
674 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
676 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
677 there is a set of commands that allow you to search back through
678 the trail and retrieve any previous result.
680 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
681 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
682 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
683 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
684 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
685 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
686 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
688 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
689 window and back into your editing window, say by using the Emacs
690 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
691 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
692 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
693 as Calc commands.
695 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
696 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
697 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
698 same stack and trail contents you had when you last used the
699 Calculator.
701 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
702 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
703 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
704 you save your favorite mode settings between sessions, though.
705 One of the things it saves is which user interface (standard or
706 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
707 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
709 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
711 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
712 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
713 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
714 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
715 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
716 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
717 normal partial-screen mode.
719 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
720 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
721 editing before remains selected instead.  If you are in a Calc window,
722 then @kbd{C-x * o} will switch you out of it, being careful not to
723 switch you to the Calc Trail window.  So @kbd{C-x * o} is a handy
724 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; you can then
725 type @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
727 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
728 @subsection Quick Mode (Overview)
730 @noindent
731 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
732 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
733 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
735 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
736 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
737 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
738 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
739 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
740 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
741 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
742 at this point will yank the result into your editing buffer.
744 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
745 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
747 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
748 @xref{Quick Calculator}, for further information.
750 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
751 @subsection Keypad Mode (Overview)
753 @noindent
754 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
755 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
756 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
757 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
759 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
760 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
761 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
762 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
764 @tex
765 \dimen0=\pagetotal%
766 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
767 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
768 \medskip
769 @end tex
770 @smallexample
771 @group
772 |--- Emacs Calculator Mode ---
773 |2:  17.3
774 |1:  -5
775 |    .
776 |--%*-Calc: 12 Deg       (Calcul
777 |----+----+--Calc---+----+----1
778 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
779 |----+----+----+----+----+----|
780 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
781 |----+----+----+----+----+----|
782 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
783 |----+----+----+----+----+----|
784 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
785 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
786 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
787 |-----+-----+-----+-----+-----|
788 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
789 |-----+-----+-----+-----+-----|
790 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
791 |-----+-----+-----+-----+-----|
792 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
793 |-----+-----+-----+-----+-----+
794 @end group
795 @end smallexample
797 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
798 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
799 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
800 always switch the cursor into the Calc stack window to use
801 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
802 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
804 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
805 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
806 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
807 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
808 the stack).
810 If you click the right mouse button, the top three rows of the
811 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
812 math functions, vector operations, and operations on binary
813 numbers.
815 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
816 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
817 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
818 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
819 explicit command to switch between editing and calculating.
821 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
822 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
823 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
825 @c [fix-ref Keypad Mode]
826 @xref{Keypad Mode}, for further information.
828 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
829 @subsection Standalone Operation
831 @noindent
832 @cindex Standalone Operation
833 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
834 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
835 can give the commands:
837 @example
838 emacs -f full-calc
839 @end example
841 @noindent
844 @example
845 emacs -f full-calc-keypad
846 @end example
848 @noindent
849 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
850 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
851 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
852 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
853 itself.
855 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
856 @subsection Embedded Mode (Overview)
858 @noindent
859 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
860 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
861 document like this:
863 @smallexample
864 @group
865 The derivative of
867                                    ln(ln(x))
870 @end group
871 @end smallexample
873 @noindent
874 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
875 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
876 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
877 you want the result to be, leaving a blank line before and after the
878 formula:
880 @smallexample
881 @group
882 The derivative of
884                                    ln(ln(x))
888                                    ln(ln(x))
889 @end group
890 @end smallexample
892 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
893 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to tell
894 how much text to read), then push this formula (invisibly) onto the Calc
895 stack.  The cursor will stay on the formula in the editing buffer, but
896 the line with the formula will now appear as it would on the Calc stack
897 (in this case, it will be left-aligned) and the buffer's mode line will
898 change to look like the Calc mode line (with mode indicators like
899 @samp{12 Deg} and so on).  Even though you are still in your editing
900 buffer, the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
901 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take the
902 derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
904 @smallexample
905 @group
906 The derivative of
908                                    ln(ln(x))
912 1 / x ln(x)
913 @end group
914 @end smallexample
916 (Note that by default, Calc gives division lower precedence than multiplication,
917 so that @samp{1 / x ln(x)} is equivalent to @samp{1 / (x ln(x))}.)
919 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
920 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
922 @smallexample
923 @group
924 The derivative of
926                                    ln(ln(x))
929 % [calc-mode: justify: center]
930 % [calc-mode: language: big]
932                                        1
933                                     -------
934                                     x ln(x)
935 @end group
936 @end smallexample
938 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
939 that were used for this formula.  They are formatted like comments
940 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
941 @LaTeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
942 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
943 out of the way.)
945 As an extra flourish, we can add an equation number using a
946 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
948 @smallexample
949 @group
950 % [calc-mode: justify: center]
951 % [calc-mode: language: big]
952 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
954                                        1
955                                     -------                      (1)
956                                     ln(x) x
957 @end group
958 @end smallexample
960 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
961 and keyboard will revert to the way they were before.
963 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
964 generally means a single number, inside text.  It searches for an
965 expression which ``looks'' like a number containing the point.
966 Here's an example of its use (before you try this, remove the Calc
967 annotations or use a new buffer so that the extra settings in the
968 annotations don't take effect):
970 @smallexample
971 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
972 @end smallexample
974 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
975 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
976 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
977 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
979 @smallexample
980 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
981 @end smallexample
983 @c [fix-ref Embedded Mode]
984 @xref{Embedded Mode}, for full details.
986 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
987 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
989 @noindent
990 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
991 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
992 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
993 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
994 cursor or ``point'' placed at the other.
996 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
997 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
998 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
999 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1000 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1001 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
1002 formula.
1004 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
1005 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1006 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1008 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
1009 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1010 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
1011 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
1012 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1013 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1014 to be visible in order to use this command, as long as there
1015 is something on the Calc stack.
1017 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
1018 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1019 following @kbd{C-x *}.
1021 @noindent
1022 Commands for turning Calc on and off:
1024 @table @kbd
1025 @item *
1026 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1028 @item =, +, -, /, \, &, #
1029 Alternatives for @kbd{*}.
1031 @item C
1032 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1033 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1034 in the Calc window, move the cursor into the window.
1036 @item O
1037 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1038 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1039 move it out of that window.
1041 @item B
1042 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1044 @item Q
1045 Use Quick mode for a single short calculation.
1047 @item K
1048 Turn Calc Keypad mode on or off.
1050 @item E
1051 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1053 @item J
1054 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1056 @item W
1057 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1059 @item Z
1060 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1062 @item X
1063 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1064 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1065 @end table
1066 @iftex
1067 @sp 2
1068 @end iftex
1070 @noindent
1071 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1073 @table @kbd
1074 @item G
1075 Grab the region into the Calculator as a vector.
1077 @item R
1078 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1080 @item :
1081 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1083 @item _
1084 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1086 @item Y
1087 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1088 @end table
1089 @iftex
1090 @sp 2
1091 @end iftex
1093 @noindent
1094 Commands for use with Embedded mode:
1096 @table @kbd
1097 @item A
1098 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1099 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1100 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1102 @item D
1103 Duplicate the current formula immediately below and select
1104 the duplicate.
1106 @item F
1107 Insert a new formula at the current point.
1109 @item N
1110 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1112 @item P
1113 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1115 @item U
1116 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1118 @item `
1119 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1120 @end table
1121 @iftex
1122 @sp 2
1123 @end iftex
1125 @noindent
1126 Miscellaneous commands:
1128 @table @kbd
1129 @item I
1130 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1131 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1133 @item T
1134 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1136 @item S
1137 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1139 @item L
1140 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1141 are loaded only as they are needed.)
1143 @item M
1144 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1145 and record them as the current keyboard macro.
1147 @item 0
1148 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1149 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1150 @end table
1152 @node History and Acknowledgments,  , Using Calc, Getting Started
1153 @section History and Acknowledgments
1155 @noindent
1156 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1157 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1158 the value of
1159 @texline @math{2^{32}}.
1160 @infoline @expr{2^32}.
1161 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1162 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1163 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1164 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1165 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1166 all.
1168 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1169 and b) because, being only a text editor extension language after
1170 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1171 got too far out of hand.
1173 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1174 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1175 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1177 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1178 this had to be simulated in software.  In fact, Emacs integers would
1179 only comfortably fit six decimal digits or so (at the time)---not
1180 enough for a decent calculator.  So I had to write my own
1181 high-precision integer code as well, and once I had this I figured
1182 that arbitrary-size integers were just as easy as large integers.
1183 Arbitrary floating-point precision was the logical next step.  Also,
1184 since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1185 fair to give the user direct access to it, which in turn made it
1186 practical to support fractions as well as floats. All these features
1187 inspired me to look around for other data types that might be worth
1188 having.
1190 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1191 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1192 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1193 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1194 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1195 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1196 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1197 rewrite rules and other programming features so that users could
1198 implement what they needed for themselves.
1200 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1201 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1202 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1204 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1205 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1206 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1208 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1209 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1210 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1211 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1212 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1213 algebra system for microcomputers.
1215 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1216 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1217 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1218 rules, and many other algebra features;
1219 @texline Fran\c{c}ois
1220 @infoline Francois
1221 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1222 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1223 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1224 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1225 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1226 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1227 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Juha
1228 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1229 parts; Bob Weiner, who helped immensely with the Lucid Emacs port; and
1230 Robert J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises as
1231 well as many other things.
1233 @cindex Bibliography
1234 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1235 @cindex Numerical Recipes
1236 @c Should these be expanded into more complete references?
1237 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1238 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1239 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1240 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1241 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1242 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1243 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1244 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1245 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1246 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1247 Dan LaLiberte.
1249 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1250 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1251 finished in two weeks.
1253 @c [tutorial]
1255 @ifinfo
1256 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1257 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1258 @chapter Tutorial
1260 @noindent
1261 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1263 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1264 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1265 for this).
1267 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1268 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1269 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1270 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1272 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1273 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1274 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1275 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1276 @kbd{l} to return to where you were before.
1278 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1280 Press the number @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1282 @menu
1283 * Tutorial::
1284 @end menu
1286 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1287 @end ifinfo
1288 @ifnotinfo
1289 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1290 @end ifnotinfo
1291 @chapter Tutorial
1293 @noindent
1294 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1295 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1296 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1297 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1298 @c [not-split]
1299 to skip on to the rest of this manual.
1300 @c [when-split]
1301 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1303 @c [fix-ref Embedded Mode]
1304 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1305 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1306 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1307 the Embedded mode interface.
1309 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1310 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  Press
1311 @kbd{C-x * t} to set this up; the on-line tutorial will be opened in the
1312 current window and Calc will be started in another window.  From the
1313 Info window, the command @kbd{C-x * c} can be used to switch to the Calc
1314 window and @kbd{C-x * o} can be used to switch back to the Info window.
1315 (If you have a printed copy of the manual you can use that instead; in
1316 that case you only need to press @kbd{C-x * c} to start Calc.)
1318 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1319 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1320 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1321 general areas.
1323 @ifnottex
1324 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1325 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1326 printed summary.  @xref{Summary}.
1327 @end ifnottex
1328 @iftex
1329 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1330 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1331 Calc.
1332 @end iftex
1334 @menu
1335 * Basic Tutorial::
1336 * Arithmetic Tutorial::
1337 * Vector/Matrix Tutorial::
1338 * Types Tutorial::
1339 * Algebra Tutorial::
1340 * Programming Tutorial::
1342 * Answers to Exercises::
1343 @end menu
1345 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1346 @section Basic Tutorial
1348 @noindent
1349 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1350 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1351 to control various modes of the Calculator.
1353 @menu
1354 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1355 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1356 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1357 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1358 @end menu
1360 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1361 @subsection RPN Calculations and the Stack
1363 @cindex RPN notation
1364 @noindent
1365 @ifnottex
1366 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1367 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1368 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1369 Jan Lukasiewicz.)
1370 @end ifnottex
1371 @tex
1372 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1373 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1374 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1375 Jan \L ukasiewicz.)
1376 @end tex
1378 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1379 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1380 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1381 from the top of the stack.
1383 @cindex Operators
1384 @cindex Operands
1385 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1386 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1387 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1388 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1389 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1390 number of operands from the stack and pushes back the result.
1392 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1393 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1394 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1395 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1396 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1397 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1398 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1399 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1400 will look at various points throughout the calculation:
1402 @smallexample
1403 @group
1404     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1405                    .          1:  3              .
1406                                   .
1408   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1409 @end group
1410 @end smallexample
1412 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1413 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1414 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1415 less distracting in regular use.
1417 @cindex Stack levels
1418 @cindex Levels of stack
1419 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1420 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1421 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1422 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1423 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1424 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1425 work on the top few levels of the stack.
1427 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1428 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1429 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1430 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1431 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1432 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1433 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1434 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1435 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1436 if you are interested.
1438 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1439 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1440 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1441 automatically enters that number and then does the requested command.
1442 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1444 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1445 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1447 @smallexample
1448 @group
1449 1:  2          2:  2          1:  5
1450     .          1:  3              .
1451                    .
1453   2 @key{RET}            3              +
1454 @end group
1455 @end smallexample
1457 @noindent
1458 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1459 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1460 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1462 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1463 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1464 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1465 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1466 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1467 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1468 return to where you were.)
1470 @noindent
1471 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1472 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1473 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1474 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1476 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute
1477 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.5) + {5\over4}}
1478 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4}
1479 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1481 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1482 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1483 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1484 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1485 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1486 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1487 results of the previous example at the beginning of a new example.
1488 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1489 clear away old results, the text will remind you to do so.
1491 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1492 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1493 spend a long time reformatting such a large stack.)
1495 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1496 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1497 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1498 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1499 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1501 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1502 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1503 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1505 @cindex Duplicating a stack entry
1506 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1507 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1509 @smallexample
1510 @group
1511 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1512     .          1:  3              .          1:  9              .
1513                    .                             .
1515   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1516 @end group
1517 @end smallexample
1519 @noindent
1520 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1521 to raise 3 to the fourth power.)
1523 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1524 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1525 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1527 @cindex Exchanging stack entries
1528 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1529 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1530 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1531 was @expr{20 / (2+3)}.
1533 @smallexample
1534 @group
1535 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1536     .          1:  20         1:  5              .
1537                    .              .
1539  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1540 @end group
1541 @end smallexample
1543 @noindent
1544 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1546 @smallexample
1547 @group
1548 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1549     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1550                    .          1:  3              .
1551                                   .
1553   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1554 @end group
1555 @end smallexample
1557 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1558 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1559 bringing the object in level 3 to the top.
1561 @smallexample
1562 @group
1563 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1564     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1565                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1566                                   .              .              .
1568   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1569 @end group
1570 @end smallexample
1572 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1573 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1574 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1575 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1577 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1578 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1579 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1580 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1582 @smallexample
1583 @group
1584 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1585     .              .          1:  16             .              .
1586                                   .
1588   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1589 @end group
1590 @end smallexample
1592 @noindent
1593 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1594 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1596 @cindex Pythagorean Theorem
1597 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1598 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1599 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1600 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1602 @smallexample
1603 @group
1604 1:  3          2:  3          1:  5
1605     .          1:  4              .
1606                    .
1608   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1609 @end group
1610 @end smallexample
1612 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1613 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1614 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1615 prefix for you:
1617 @smallexample
1618 @group
1619 1:  3          2:  3          1:  5
1620     .          1:  4              .
1621                    .
1623   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1624 @end group
1625 @end smallexample
1627 What happens if you take the square root of a negative number?
1629 @smallexample
1630 @group
1631 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1632     .              .              .
1634   4 @key{RET}            n              Q
1635 @end group
1636 @end smallexample
1638 @noindent
1639 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1640 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1641 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1642 @expr{(a, b)} notation.
1644 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1645 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1646 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1647 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1648 complex result.)
1650 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1651 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1653 @smallexample
1654 @group
1655 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1656     .          1:  2              .              3              .
1657                    .                             .
1659     (              2              ,              3              )
1660 @end group
1661 @end smallexample
1663 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1664 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1666 @smallexample
1667 @group
1668 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1669     .          1:  2          2:  2              5              5
1670                    .          1:  3              .              .
1671                                   .
1672                                                              (error)
1673     (             2 @key{RET}           3              +              +
1674 @end group
1675 @end smallexample
1677 @noindent
1678 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1679 produces an error message and leaves the stack the same.
1681 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1682 moved around by the regular stack commands.
1684 @smallexample
1685 @group
1686 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1687 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1688     .          1:  ( ...      1:  2              3
1689                    .              .              .
1691 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1692 @end group
1693 @end smallexample
1695 @noindent
1696 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1697 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1698 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1699 to use the comma.  It's up to you.
1701 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1702 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1703 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1704 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1705 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1707 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1708 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1709 the tutorial.
1711 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1712 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1713 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1714 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1715 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1716 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1717 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1719 @smallexample
1720 @group
1721 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1722     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1723                    .          1:  30         1:  30
1724                                   .              .
1726   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1727 @end group
1728 @end smallexample
1730 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1731 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1732 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1733 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1734 the second-to-top element of the stack:
1736 @smallexample
1737 @group
1738 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1739     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1740                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1741                                   .              .          1:  20
1742                                                                 .
1744   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1745 @end group
1746 @end smallexample
1748 @cindex Clearing the stack
1749 @cindex Emptying the stack
1750 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1751 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1752 entire stack.)
1754 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1755 @subsection Algebraic-Style Calculations
1757 @noindent
1758 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1759 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1760 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1761 in traditional @expr{2+3} notation.
1763 @strong{Notice:} Calc gives @samp{/} lower precedence than @samp{*}, so
1764 that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}; this is not
1765 standard across all computer languages.  See below for details.
1767 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1768 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1769 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1770 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1771 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1772 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1773 @key{DEL} to delete it from the stack.
1775 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1776 The result should be the number 9.
1778 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1779 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1780 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1781 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1782 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1784 @example
1785 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1786 @end example
1788 @noindent
1789 is equivalent to
1791 @example
1792 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1793 @end example
1795 @noindent
1796 or, in large mathematical notation,
1798 @ifnottex
1799 @example
1800 @group
1801     3 * 4 * 5
1802 2 + --------- - 9
1803           8
1804      6 * 7
1805 @end group
1806 @end example
1807 @end ifnottex
1808 @tex
1809 \beforedisplay
1810 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1811 \afterdisplay
1812 @end tex
1814 @noindent
1815 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1817 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1818 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1819 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1820 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1822 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1823 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1824 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1825 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1827 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1828 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1829 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1830 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1831 should appear in the Calc window's mode line.)
1833 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1835 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1836 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1837 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1838 an algebraic entry.
1840 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1841 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1842 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1843 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1844 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1846 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1847 be @expr{0.16227766017}.
1849 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1850 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1851 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1852 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1853 rule to use!
1855 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1856 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1857 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1859 Still in Algebraic mode, type:
1861 @smallexample
1862 @group
1863 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1864     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1865                    .                             .
1867  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1868 @end group
1869 @end smallexample
1871 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1872 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1873 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1875 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1876 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1877 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1878 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1879 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1880 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1881 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1883 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1885 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1886 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1887 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1888 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1889 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1890 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1891 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1892 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1893 of the stack.  Here, we perform the calculation
1894 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1895 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1896 which on a traditional calculator would be done by pressing
1897 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1899 @smallexample
1900 @group
1901 1:  8          1:  9          1:  3
1902     .              .              .
1904   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1905 @end group
1906 @end smallexample
1908 @noindent
1909 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1910 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1912 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1913 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1914 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1915 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1917 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1918 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1920 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1921 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1922 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1923 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1924 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1925 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1926 or more letters or digits, beginning with a letter.
1928 @smallexample
1929 @group
1930 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1931     .                             .              .
1933     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1934 @end group
1935 @end smallexample
1937 @noindent
1938 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1939 variables by the values that were stored in them.
1941 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1942 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1943 or by using the @kbd{s r} command.
1945 @smallexample
1946 @group
1947 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1948     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1949                    .          1:  2              .
1950                                   .
1952   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1953 @end group
1954 @end smallexample
1956 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1957 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1958 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1959 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1960 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1961 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1963 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1964 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1966 @smallexample
1967 @group
1968 1:  2 a + 2 b     1:  2 b + 34
1969     .                 .
1971  ' 2a+2b @key{RET}          =
1972 @end group
1973 @end smallexample
1975 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1976 alone, as are calls for which the value is undefined.
1978 @smallexample
1979 @group
1980 1:  log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3) + 2
1981     .
1983  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1984 @end group
1985 @end smallexample
1987 @noindent
1988 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1989 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1990 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1991 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1992 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1993 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1994 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1995 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1996 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1997 automatically displays the first message only if the message is
1998 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1999 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2000 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2001 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2003 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2004 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2005 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2006 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2007 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2009 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2010 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2011 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2013 One interesting way to work with variables is to use the
2014 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2015 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2016 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2017 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2018 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2019 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2020 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2022 @smallexample
2023 @group
2024 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2025 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2026     .                                  .
2028 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2029 @end group
2030 @end smallexample
2032 @noindent
2033 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2034 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2035 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2036 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2037 to see the effects on the formulas' values.
2039 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2041 @smallexample
2042 @group
2043 2:  2 + 5 => 5
2044 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2045     .
2047     s u a @key{RET}
2048 @end group
2049 @end smallexample
2051 We will encounter formulas involving variables and functions again
2052 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2054 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2055 @subsection Undo and Redo
2057 @noindent
2058 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2059 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2060 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2061 with a clean slate.  Now:
2063 @smallexample
2064 @group
2065 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2066     .          1:  3              .          1:  3              .
2067                    .                             .
2069    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2070 @end group
2071 @end smallexample
2073 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2074 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2075 above example, you could type:
2077 @smallexample
2078 @group
2079 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2080     .          1:  3              .
2081                    .
2082                                                              (error)
2083                    U              U              U              U
2084 @end group
2085 @end smallexample
2087 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2088 mistakenly.
2090 @smallexample
2091 @group
2092     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2093                    .          1:  3              .              .
2094                                   .
2095                                                              (error)
2096                    D              D              D              D
2097 @end group
2098 @end smallexample
2100 @noindent
2101 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2102 by something other than an undo command.
2104 @cindex Time travel
2105 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2106 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2107 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2108 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2109 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2110 was an earlier undo command.
2112 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2113 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2114 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2115 press @kbd{t d} now to turn it on.
2117 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2118 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2119 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2120 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2121 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2122 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2123 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2124 stack.
2126 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2127 went into the trail.
2129 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2130 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2131 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2132 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2133 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2134 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2135 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2136 continue the search forwards or backwards as you like.
2138 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2139 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2140 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2141 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2142 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2144 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2145 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2146 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2147 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2148 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2149 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2150 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2151 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2152 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2153 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.
2154 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2156 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2158 @smallexample
2159 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2160 @end smallexample
2162 @noindent
2163 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2164 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2165 with a single capital letter showing which letter you press to get
2166 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2167 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2168 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2169 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2171 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2172 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2173 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2174 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2175 the prefix.
2177 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2178 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2179 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2180 to edit a stack entry.
2182 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2183 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2184 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2185 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2186 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2187 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2188 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2189 during entry of a number or algebraic formula.
2191 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2192 @subsection Mode-Setting Commands
2194 @noindent
2195 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2196 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2197 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2198 try some of the most common ones here.
2200 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2201 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2203 @smallexample
2204 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2205 @end smallexample
2207 @noindent
2208 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2209 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2210 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2211 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2212 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2213 leading and trailing zeros.
2215 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2216 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2217 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2219 @smallexample
2220 @group
2221 1:  0.142857142857
2222 2:  0.142857142857142857142857142857
2223     .
2224 @end group
2225 @end smallexample
2227 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2228 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2229 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2230 Calc has to stop somewhere.
2232 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2233 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2235 Calculations always use the current precision.  For example, even
2236 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2237 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2238 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2239 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2240 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2241 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2243 @smallexample
2244 @group
2245 1:  0.142857142857
2246 2:  0.142857142857142857142857142857
2247 3:  1.14285714286
2248     .
2249 @end group
2250 @end smallexample
2252 @noindent
2253 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2254 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2256 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2257 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2258 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2259 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2260 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2261 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2262 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2263 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2264 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2265 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2266 arithmetic.
2268 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2269 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2270 to convert an integer to floating-point form.
2272 Let's try entering that last calculation:
2274 @smallexample
2275 @group
2276 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2277     .          1:  10000          .
2278                    .
2280   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2281 @end group
2282 @end smallexample
2284 @noindent
2285 @cindex Scientific notation, entry of
2286 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2287 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2288 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2289 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2291 @smallexample
2292 @group
2293 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2294     .          1:  10000.         .
2295                    .
2297   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2298 @end group
2299 @end smallexample
2301 @cindex Round-off errors
2302 @noindent
2303 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2304 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2305 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2306 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2307 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2308 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2309 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2310 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2311 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2312 out:
2314 @smallexample
2315 @group
2316     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2317                    .          1:  10000.         .
2318                                   .
2320  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2321 @end group
2322 @end smallexample
2324 @noindent
2325 @cindex Guard digits
2326 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2327 calculation using an integer or floating-point power, since we
2328 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2329 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2330 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2331 last place.
2333 @cindex Guard digits
2334 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2335 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2336 In each case, Calc added about two digits of precision during
2337 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2338 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2339 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2340 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2342 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2343 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2344 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2345 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2346 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2347 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2348 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2349 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2350 onto the stack and try some different display modes.  First,
2351 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2352 numbers shown here:
2354 @smallexample
2355 @group
2356 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2357 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2358 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2359 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2360     .              .              .              .              .
2362    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2363 @end group
2364 @end smallexample
2366 @noindent
2367 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2368 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2369 five significant figures reappeared.  The float format does not
2370 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2371 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2372 of numbers in the Calculator's memory.
2374 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2375 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2376 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2377 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2379 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2380 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2381 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2382 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2383 mode-changing command will appear in the new format.
2385 @smallexample
2386 @group
2387 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2388 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2389 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2390 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2391     .              .              .              .              .
2393     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2394 @end group
2395 @end smallexample
2397 @noindent
2398 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2399 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2400 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2401 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2402 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2403 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2404 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2406 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2407 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2408 displayed exactly.
2410 @cindex Large numbers, readability
2411 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2412 the result of @kbd{2^3^4}.
2414 @example
2415 2417851639229258349412352
2416 @end example
2418 @noindent
2419 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2421 @example
2422 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2423 @end example
2425 @noindent
2426 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2427 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2428 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2430 @example
2431 24178,51639,22925,83494,12352
2432 @end example
2434 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2435 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2436 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2438 @example
2439 24,17851,63922.9258349412352
2440 @end example
2442 @noindent
2443 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2444 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2446 @example
2447 24,17851,63922.92583,49412,352
2448 @end example
2450 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2451 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2453 @example
2454 24 17851 63922.92583 49412 352
2455 @end example
2457 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2458 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2459 restore the default precision.
2461 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2462 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2463 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2464 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2466 @example
2467 16#200000000000000000000
2468 @end example
2470 @noindent
2471 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2472 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2473 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2474 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2475 form:
2477 @example
2478 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2479 @end example
2481 @noindent
2482 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2483 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2484 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2485 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2486 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2487 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2489 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2490 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2491 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2492 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2493 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2495 @example
2496 2#101,1111,1110
2497 @end example
2499 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2500 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2501 other radix.
2503 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2505 @example
2506 1,534
2507 @end example
2509 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2510 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2511 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2512 to integers, fractions, and floats.
2514 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2515 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2516 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2517 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2518 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2519 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2520 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2521 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2522 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2524 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2525 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2526 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2527 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2528 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2529 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2530 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2531 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2533 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2534 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2535 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2536 the way they are actually computed.
2538 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2539 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2540 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2541 angle is measured in degrees.  For example,
2543 @smallexample
2544 @group
2545 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2546     .              .                    .                     .
2548     45             S                    2 ^                   c 1
2549 @end group
2550 @end smallexample
2552 @noindent
2553 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2554 of 45 degrees is
2555 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2556 @infoline @expr{sqrt(2)/2};
2557 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2558 roundoff error because the representation of
2559 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2560 @infoline @expr{sqrt(2)/2}
2561 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2562 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2563 re-rounds the number on the top of the stack.
2565 @cindex Roundoff errors, examples
2566 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2567 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2568 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2569 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2571 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2572 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2573 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2574 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2575 @kbd{p} sets the precision.)
2577 @smallexample
2578 @group
2579 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2580     .                   .                .
2582     P                   4 /       m r    S
2583 @end group
2584 @end smallexample
2586 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2587 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2589 @smallexample
2590 @group
2591 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2592     .                    .                    .
2594     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2595 @end group
2596 @end smallexample
2598 @noindent
2599 Here we compute the Inverse Sine of
2600 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2601 @infoline @expr{sqrt(0.5)},
2602 first in radians, then in degrees.
2604 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2605 and vice-versa.
2607 @smallexample
2608 @group
2609 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2610     .              .                      .
2612     45             c r                    c d
2613 @end group
2614 @end smallexample
2616 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2617 dividing two integers produces a floating-point result if the
2618 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2619 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2620 number, instead.
2622 @smallexample
2623 @group
2624 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2625 1:  9              .                    .
2626     .
2628  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2629 @end group
2630 @end smallexample
2632 @noindent
2633 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2634 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2636 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2637 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2638 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2639 elements.)  Calculations involving fractions will always
2640 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2641 what to do when dividing two integers.
2643 @cindex Fractions vs. floats
2644 @cindex Floats vs. fractions
2645 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2646 why would you ever use floating-point numbers instead?
2647 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2649 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2650 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2651 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2652 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2653 recompute for you.
2655 @smallexample
2656 @group
2657 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2658     .                              .                      .
2660    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2661 @end group
2662 @end smallexample
2664 @noindent
2665 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2666 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2667 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2668 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2669 might affect their values.
2671 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2672 @section Arithmetic Tutorial
2674 @noindent
2675 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2676 available in the Calculator.
2678 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2679 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2680 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2681 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2683 @smallexample
2684 @group
2685 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2686     .              .              .              .              .
2688     5              &              &              n              n
2689 @end group
2690 @end smallexample
2692 @cindex Binary operators
2693 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2694 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2695 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2696 a negative prefix.
2698 @smallexample
2699 @group
2700 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2701 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2702 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2703     .                             .          1:  10             .
2704                                                  .
2706 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2707 @end group
2708 @end smallexample
2710 @cindex Unary operators
2711 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2712 stack entries with a numeric prefix, too.
2714 @smallexample
2715 @group
2716 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2717 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2718 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2719     .              .                      .
2721 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2722 @end group
2723 @end smallexample
2725 Notice that the results here are left in floating-point form.
2726 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2727 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2728 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2729 integer.
2731 @smallexample
2732 @group
2733 7:  2.         7:  2          7:  2
2734 6:  2.4        6:  2          6:  2
2735 5:  2.5        5:  2          5:  3
2736 4:  2.6        4:  2          4:  3
2737 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2738 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2739 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2740     .              .              .
2742                   M-7 F        U M-7 R
2743 @end group
2744 @end smallexample
2746 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2747 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2748 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2749 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2750 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2752 @smallexample
2753 @group
2754 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2755 1:  100            .          1:  100            .
2756     .                             .
2758 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2759 @end group
2760 @end smallexample
2762 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2764 @smallexample
2765 @group
2766 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2767 1:  1              .          1:  1              .
2768     .                             .
2770 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2771 @end group
2772 @end smallexample
2774 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2775 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2776 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2777 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2778 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2780 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2781 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2782 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2783 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2784 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2786 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2787 identity
2788 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2789 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.
2790 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2791 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2793 @smallexample
2794 @group
2795 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2796 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2797     .              .              .              .
2799  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2800 @end group
2801 @end smallexample
2803 @noindent
2804 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2805 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2807 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2808 of squares, command.
2810 Another identity is
2811 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2812 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2813 @smallexample
2814 @group
2816 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2817 1:  0.43837        .              .
2818     .
2820     U              /              I T
2821 @end group
2822 @end smallexample
2824 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2825 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2826 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2827 we move in the opposite direction, up and to the left:
2829 @smallexample
2830 @group
2831 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2832 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2833     .              .
2835     U U            M-2 n          /              I T
2836 @end group
2837 @end smallexample
2839 @noindent
2840 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2841 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2842 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2843 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2844 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2845 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2846 to give you a full 360-degree answer.
2848 @smallexample
2849 @group
2850 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2851 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2852     .                         1:  0.43837        .
2853                                   .
2855     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2856 @end group
2857 @end smallexample
2859 @noindent
2860 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2861 point in opposite directions, just as we would expect.
2863 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2864 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2865 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2866 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2867 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2868 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2869 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2870 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2872 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2873 except that it is the @emph{difference}
2874 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2875 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2}
2876 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2878 @smallexample
2879 @group
2880 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2881 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2882     .              .              .              .              .
2884  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2885 @end group
2886 @end smallexample
2888 @noindent
2889 @cindex Roundoff errors, examples
2890 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2891 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2892 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2893 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2894 error.
2896 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2897 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2898 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2899 0.99999, reasonably close to 1.
2901 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2902 a more reasonable value for @expr{x}!
2904 @cindex Common logarithm
2905 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2906 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2907 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2908 prefix.
2910 @smallexample
2911 @group
2912 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2913     .              .              .              .
2915     1000           L              U              H L
2916 @end group
2917 @end smallexample
2919 @noindent
2920 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2921 and compute a common logarithm instead.
2923 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2924 value of @var{b}.
2926 @smallexample
2927 @group
2928 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2929 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2930     .                                            .
2932  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2933 @end group
2934 @end smallexample
2936 @noindent
2937 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2938 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2939 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2940 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2941 onto the stack.
2943 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2944 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2945 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2946 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2947 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2948 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2949 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2950 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2951 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2952 probably wanted was @samp{1e1000}.
2954 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2955 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2956 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2958 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2959 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2960 which computes the product of all the integers up to a given number.
2962 @smallexample
2963 @group
2964 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2965     .              .                     .              .
2967     100            !                     U c f          !
2968 @end group
2969 @end smallexample
2971 @noindent
2972 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2973 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2974 of a floating-point number, you get a floating-point result
2975 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2976 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2977 in this case).
2979 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2980 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2981 @texline @math{\Gamma(n)}
2982 @infoline @expr{gamma(n)}
2983 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2985 @smallexample
2986 @group
2987 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2988 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2989 1:  5.         1:  120.
2990     .              .
2992                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2993 @end group
2994 @end smallexample
2996 @noindent
2997 Here we verify the identity
2998 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2999 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3001 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
3002 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
3003 is defined by
3004 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
3005 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
3006 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
3007 formula can become quite large even if the final result is small; the
3008 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
3009 large intermediate values.
3011 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3012 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3013 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3015 @smallexample
3016 @group
3017 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3018 1:  20             .              .
3019     .
3021  30 @key{RET} 20         k c            k f
3022 @end group
3023 @end smallexample
3025 @noindent
3026 You can verify these prime factors by using @kbd{V R *} to multiply
3027 together the elements of this vector.  The result is the original
3028 number, 30045015.
3030 @cindex Hash tables
3031 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3032 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3033 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3035 @smallexample
3036 @group
3037 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3038     .              .              .
3040     10000          k n            I k n
3041 @end group
3042 @end smallexample
3044 @noindent
3045 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3046 10000.
3048 @c [fix-ref Financial Functions]
3049 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3050 commands that deal with business and financial calculations (functions
3051 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3053 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3054 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3055 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3057 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3058 @section Vector/Matrix Tutorial
3060 @noindent
3061 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3062 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3063 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3064 a vector as a list of objects.
3066 @menu
3067 * Vector Analysis Tutorial::
3068 * Matrix Tutorial::
3069 * List Tutorial::
3070 @end menu
3072 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3073 @subsection Vector Analysis
3075 @noindent
3076 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3077 elements, taken pairwise.
3079 @smallexample
3080 @group
3081 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3082     .             1:  [7, 6, 0]         .
3083                       .
3085     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3086 @end group
3087 @end smallexample
3089 @noindent
3090 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3091 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3092 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3093 vectors so we can easily reuse them later.
3095 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3096 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3097 of the vectors.
3099 @smallexample
3100 @group
3101 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3102 1:  [7, 6, 0]         .
3103     .
3105     r 1 r 2           *
3106 @end group
3107 @end smallexample
3109 @cindex Dot product
3110 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3111 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3112 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3113 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3114 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3115 vector.
3117 @smallexample
3118 @group
3119 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3120 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3121 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3122     .                 .
3124     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3125 @end group
3126 @end smallexample
3128 @noindent
3129 First we recall the arguments to the dot product command, then
3130 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3131 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3132 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3133 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3134 is about 56 degrees.
3136 @cindex Cross product
3137 @cindex Perpendicular vectors
3138 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3139 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3140 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3141 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3142 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3143 our computation of the angle using the cross product.
3145 @smallexample
3146 @group
3147 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3148 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3149     .          1:  [7, 6, 0]
3150                    .
3152     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3153 @end group
3154 @end smallexample
3156 @noindent
3157 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3158 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3159 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3160 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3162 @c [fix-ref General Mode Commands]
3163 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3164 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3165 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3166 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3167 prefix keys have this property.)
3169 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3170 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3171 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3173 @smallexample
3174 @group
3175 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3176 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3177     .                                 .
3179     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3180 @end group
3181 @end smallexample
3183 @cindex Normalizing a vector
3184 @cindex Unit vectors
3185 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3186 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3187 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3188 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3190 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3191 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3192 those positions in the form of a vector, and another list of the
3193 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3194 Find the average position of the particle.
3195 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3197 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3198 @subsection Matrices
3200 @noindent
3201 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3202 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3203 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3204 both methods here:
3206 @smallexample
3207 @group
3208 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3209       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3210     .                             .
3212   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3213 @end group
3214 @end smallexample
3216 @noindent
3217 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3219 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3220 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3221 the second example.
3223 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3224 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3225 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3226 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3227 of the right matrix.
3229 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3230 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3232 @smallexample
3233 @group
3234 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3235       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3236     .
3238     @key{RET} *
3239 @end group
3240 @end smallexample
3242 @noindent
3243 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3244 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3245 been left in symbolic form.
3247 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3249 @smallexample
3250 @group
3251 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3252       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3253 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3254       [ 2, 5 ]                                    .
3255       [ 3, 6 ] ]
3256     .
3258     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3259 @end group
3260 @end smallexample
3262 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3263 order of the operands can even change the dimensions of the result
3264 matrix, as happened here!
3266 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3267 single row or column depending on which side of the matrix it is
3268 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3269 as a row or column as appropriate.
3271 @smallexample
3272 @group
3273 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3274       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3275 1:  [1, 2, 3]
3276     .
3278     r 4 r 1                *
3279 @end group
3280 @end smallexample
3282 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3283 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3284 vector.
3286 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3287 of the above
3288 @texline @math{2\times3}
3289 @infoline 2x3
3290 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3291 to get @expr{[5, 7, 9]}.
3292 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3294 @cindex Identity matrix
3295 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3296 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3297 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3298 the original matrix.
3300 @smallexample
3301 @group
3302 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3303       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3304     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3305                              [ 0, 1, 0 ]
3306                              [ 0, 0, 1 ] ]
3307                            .
3309     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3310 @end group
3311 @end smallexample
3313 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3314 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3315 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3316 inverse of a matrix.
3318 @smallexample
3319 @group
3320 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3321       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3322       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3323     .                      .
3325     r 4 r 2 |  s 5         &
3326 @end group
3327 @end smallexample
3329 @noindent
3330 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3331 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3332 our matrix to make it square.
3334 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3336 @smallexample
3337 @group
3338 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3339       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3340       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3341     .                         .
3343     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3344 @end group
3345 @end smallexample
3347 @cindex Systems of linear equations
3348 @cindex Linear equations, systems of
3349 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3350 Suppose we had the following set of equations:
3352 @ifnottex
3353 @group
3354 @example
3355     a + 2b + 3c = 6
3356    4a + 5b + 6c = 2
3357    7a + 6b      = 3
3358 @end example
3359 @end group
3360 @end ifnottex
3361 @tex
3362 \beforedisplayh
3363 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3364 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3365    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3366    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3367    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3368   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3369  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3370  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3372 \afterdisplayh
3373 @end tex
3375 @noindent
3376 This can be cast into the matrix equation,
3378 @ifnottex
3379 @group
3380 @example
3381    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3382      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3383      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3384 @end example
3385 @end group
3386 @end ifnottex
3387 @tex
3388 \beforedisplay
3389 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3390    \times
3391    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3393 \afterdisplay
3394 @end tex
3396 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3397 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3399 @smallexample
3400 @group
3401 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3402 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3403       [ 4, 5, 6 ]
3404       [ 7, 6, 0 ] ]
3405     .
3407     [6,2,3] r 5            /
3408 @end group
3409 @end smallexample
3411 @noindent
3412 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3413 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3414 inverse.)
3416 Let's verify this solution:
3418 @smallexample
3419 @group
3420 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3421       [ 4, 5, 6 ]                    .
3422       [ 7, 6, 0 ] ]
3423 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3424     .
3426     r 5  @key{TAB}                         *
3427 @end group
3428 @end smallexample
3430 @noindent
3431 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3432 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3433 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3434 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3435 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3436 vectors, use explicit
3437 @texline @math{N\times1}
3438 @infoline Nx1
3440 @texline @math{1\times N}
3441 @infoline 1xN
3442 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3443 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3445 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3446 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3447 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3448 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3450 @ifnottex
3451 @group
3452 @example
3453    x + a y = 6
3454    x + b y = 10
3455 @end example
3456 @end group
3457 @end ifnottex
3458 @tex
3459 \beforedisplay
3460 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3461              x &+ b y = 10}
3463 \afterdisplay
3464 @end tex
3466 @noindent
3467 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3469 @cindex Least-squares for over-determined systems
3470 @cindex Over-determined systems of equations
3471 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3472 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3473 there are no values for the variables that will satisfy all the
3474 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3475 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3476 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3477 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3478 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3479 on the left by the transpose of @expr{A}:
3480 @ifnottex
3481 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3482 @end ifnottex
3483 @tex
3484 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3485 @end tex
3487 @texline @math{A^T A}
3488 @infoline @expr{trn(A)*A}
3489 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3490 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3491 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3492 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3493 system:
3495 @ifnottex
3496 @group
3497 @example
3498     a + 2b + 3c = 6
3499    4a + 5b + 6c = 2
3500    7a + 6b      = 3
3501    2a + 4b + 6c = 11
3502 @end example
3503 @end group
3504 @end ifnottex
3505 @tex
3506 \beforedisplayh
3507 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3508 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3509    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3510    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3511    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3512   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3513  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3514  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3515  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3517 \afterdisplayh
3518 @end tex
3520 @noindent
3521 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3523 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3524 @subsection Vectors as Lists
3526 @noindent
3527 @cindex Lists
3528 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3529 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3530 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3531 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3532 number.
3534 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3536 @smallexample
3537 @group
3538 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3539 2:  20             .                2:  20
3540 1:  30                              1:  30
3541     .                                   .
3543                    M-3 v p              v u
3544 @end group
3545 @end smallexample
3547 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3548 of many copies of a given value:
3550 @smallexample
3551 @group
3552 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3553     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3554                         .                   .
3556     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3557 @end group
3558 @end smallexample
3560 You can apply an operator to every element of a vector using the
3561 @dfn{map} command.
3563 @smallexample
3564 @group
3565 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3566     .                      .                            .
3568     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3569 @end group
3570 @end smallexample
3572 @noindent
3573 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3574 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3575 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3576 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3577 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3578 of each element.
3580 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3581 from
3582 @texline @math{2^{-4}}
3583 @infoline @expr{2^-4}
3584 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3586 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3587 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3588 elements in the vector:
3590 @smallexample
3591 @group
3592 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3593     .              .                           .
3595     123123         k f                         V R *
3596 @end group
3597 @end smallexample
3599 @noindent
3600 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3601 multiply those factors together again to yield the original number.
3603 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3604 reduction:
3606 @smallexample
3607 @group
3608 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3609 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3610     .
3612     r 1 r 2           V M *              V R +
3613 @end group
3614 @end smallexample
3616 @noindent
3617 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3618 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3619 for the dot product as before.
3621 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3622 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3623 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3625 @smallexample
3626 @group
3627 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3628     .                         .
3630     v x 6 @key{RET}                 V U *
3631 @end group
3632 @end smallexample
3634 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3635 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3636 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3637 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3638 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3639 vector size).
3641 @smallexample
3642 @group
3643 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3644     .                         .
3646     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3647 @end group
3648 @end smallexample
3650 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3651 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3652 ``abbreviated'' like this:
3654 @smallexample
3655 @group
3656 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3657     .                         .
3659     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3660 @end group
3661 @end smallexample
3663 @noindent
3664 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3665 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3666 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3667 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3668 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3669 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3670 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3672 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3673 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3674 with the full, unabbreviated value.
3676 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3677 @cindex Fitting data to a line
3678 @cindex Line, fitting data to
3679 @cindex Data, extracting from buffers
3680 @cindex Columns of data, extracting
3681 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3682 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3683 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3684 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3685 of values in a file we have loaded into Emacs:
3687 @smallexample
3688   x        y
3689  ---      ---
3690  1.34    0.234
3691  1.41    0.298
3692  1.49    0.402
3693  1.56    0.412
3694  1.64    0.466
3695  1.73    0.473
3696  1.82    0.601
3697  1.91    0.519
3698  2.01    0.603
3699  2.11    0.637
3700  2.22    0.645
3701  2.33    0.705
3702  2.45    0.917
3703  2.58    1.009
3704  2.71    0.971
3705  2.85    1.062
3706  3.00    1.148
3707  3.15    1.157
3708  3.32    1.354
3709 @end smallexample
3711 @noindent
3712 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3713 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3714 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3715 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3717 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3718 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3719 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3720 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3721 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3722 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3723 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3724 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3726 @smallexample
3727 @group
3728 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3729       [ 1.41, 0.298 ]
3730       @dots{}
3731 @end group
3732 @end smallexample
3734 @noindent
3735 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3736 large matrix.)
3738 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3739 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3740 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3741 of row vectors on the stack.
3743 @smallexample
3744 @group
3745 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3746       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3747     .                                      .
3749     v t                                    v u
3750 @end group
3751 @end smallexample
3753 @noindent
3754 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3756 @smallexample
3757 @group
3758 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3759     .
3761     t 2                             t 1
3762 @end group
3763 @end smallexample
3765 @noindent
3766 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3767 stored value from the stack.)
3769 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3771 @ifnottex
3772 @example
3773 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3774 @end example
3775 @end ifnottex
3776 @tex
3777 \beforedisplay
3778 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3779         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3780 \afterdisplay
3781 @end tex
3783 @noindent
3784 where
3785 @texline @math{\sum x}
3786 @infoline @expr{sum(x)}
3787 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3788 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3789 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3790 this formula uses.
3792 @smallexample
3793 @group
3794 1:  41.63                 1:  98.0003
3795     .                         .
3797  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3799 @end group
3800 @end smallexample
3801 @noindent
3802 @smallexample
3803 @group
3804 1:  13.613                1:  33.36554
3805     .                         .
3807  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3808 @end group
3809 @end smallexample
3811 @ifnottex
3812 @noindent
3813 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3814 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3815 @samp{sum(x y)}.)
3816 @end ifnottex
3817 @tex
3818 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3819 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3820 $\sum x y$.)
3821 @end tex
3823 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3824 the length of either of our lists.
3826 @smallexample
3827 @group
3828 1:  19
3829     .
3831  r 1 v l   t 7
3832 @end group
3833 @end smallexample
3835 @noindent
3836 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3838 Now we grind through the formula:
3840 @smallexample
3841 @group
3842 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3843     .          1:  566.70919      .
3844                    .
3846  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3848 @end group
3849 @end smallexample
3850 @noindent
3851 @smallexample
3852 @group
3853 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3854 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3855     .          1:  1733.0569      .
3856                    .
3858  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3859 @end group
3860 @end smallexample
3862 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3863 be found with the simple formula,
3865 @ifnottex
3866 @example
3867 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3868 @end example
3869 @end ifnottex
3870 @tex
3871 \beforedisplay
3872 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3873 \afterdisplay
3874 \vskip10pt
3875 @end tex
3877 @smallexample
3878 @group
3879 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3880     .          1:  21.70658       .              .
3881                    .
3883    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3884 @end group
3885 @end smallexample
3887 Let's ``plot'' this straight line approximation,
3888 @texline @math{y \approx m x + b},
3889 @infoline @expr{m x + b},
3890 and compare it with the original data.
3892 @smallexample
3893 @group
3894 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3895     .                           .
3897     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3898 @end group
3899 @end smallexample
3901 @noindent
3902 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3903 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3904 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3905 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3907 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3908 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3910 @smallexample
3911 @group
3912 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3913     .                            .                            .
3915     r 2 -                        V M A                        V R X
3916 @end group
3917 @end smallexample
3919 @noindent
3920 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3921 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3922 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3923 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3924 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3925 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3926 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3927 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3928 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3930 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3931 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3932 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3933 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3934 may require additional steps to view the graphs.)
3936 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3937 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3938 command does everything you need to do for simple, straightforward
3939 plotting of data.
3941 @smallexample
3942 @group
3943 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3944 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3945     .
3947     r 1 r 2    g f
3948 @end group
3949 @end smallexample
3951 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3952 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3953 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3954 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3955 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3956 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3958 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3959 @ifinfo
3960 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3961 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3962 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3963 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.)
3964 @end ifinfo
3966 @smallexample
3967 @group
3968 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3969 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3970     .
3972     @key{DEL} r 0    g a  g p
3973 @end group
3974 @end smallexample
3976 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3977 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3978 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3980 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3981 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3982 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3983 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3984 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3985 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3987 @cindex Geometric mean
3988 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3989 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3990 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3991 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3992 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
3993 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
3995 @example
3996 2.3  6  22  15.1  7
3997   15  14  7.5
3998   2.5
3999 @end example
4001 @noindent
4002 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4003 with or without surrounding vector brackets.
4004 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4006 @ifnottex
4007 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4008 us that the alternating sum of binomial coefficients
4009 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4010 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4011 always comes out to zero.  Let's verify this
4012 for @expr{n=6}.
4013 @end ifnottex
4014 @tex
4015 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4016 us that the alternating sum of binomial coefficients
4017 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4018 always comes out to zero.  Let's verify this
4019 for \cite{n=6}.
4020 @end tex
4022 @smallexample
4023 @group
4024 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4025     .                             .
4027     v x 7 @key{RET}                     1 -
4029 @end group
4030 @end smallexample
4031 @noindent
4032 @smallexample
4033 @group
4034 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4035     .                                        .
4037     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4038 @end group
4039 @end smallexample
4041 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4042 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4043 inside this expression represents the argument to the function.
4044 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4045 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4047 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4048 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4049 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4050 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4051 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4052 would act exactly like @kbd{-}.
4054 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4055 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4056 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4057 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4058 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4059 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4060 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4061 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4062 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4063 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4064 property that a nameless function is not actually evaluated until
4065 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4066 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4067 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4068 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4070 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4071 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4072 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4073 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4075 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4076 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4077 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4078 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4079 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4080 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4082 @cindex Divisor functions
4083 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4084 @tex
4085 $\sigma_k(n)$
4086 @end tex
4087 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4088 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4089 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4090 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4091 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4093 @cindex Square-free numbers
4094 @cindex Duplicate values in a list
4095 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4096 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4097 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4098 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4099 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4100 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4101 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4103 @cindex Triangular lists
4104 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4105 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4106 command to enable multi-line display of vectors.)
4108 @smallexample
4109 @group
4110 1:  [ [1],
4111       [1, 2],
4112       [1, 2, 3],
4113       [1, 2, 3, 4],
4114       [1, 2, 3, 4, 5],
4115       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4116 @end group
4117 @end smallexample
4119 @noindent
4120 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4122 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4124 @smallexample
4125 @group
4126 1:  [ [0],
4127       [1, 2],
4128       [3, 4, 5],
4129       [6, 7, 8, 9],
4130       [10, 11, 12, 13, 14],
4131       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4132 @end group
4133 @end smallexample
4135 @noindent
4136 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4138 @cindex Maximizing a function over a list of values
4139 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4140 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4141 @texline @math{J_1(x)}
4142 @infoline @expr{J1}
4143 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4144 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4145 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4146 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4147 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4148 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4149 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4151 @cindex Digits, vectors of
4152 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4153 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4154 @infoline @expr{0 <= N < 10^m}
4155 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4156 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4157 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4158 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4159 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4160 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4161 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4163 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4164 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4165 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4167 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4168 is @cpi{}.  The area of the
4169 @texline @math{2\times2}
4170 @infoline 2x2
4171 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4172 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4173 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of
4174 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4175 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4176 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4177 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4178 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4179 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4180 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4182 @cindex Matchstick problem
4183 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4184 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4185 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4186 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4187 a line turns out to be
4188 @texline @math{2/\pi}.
4189 @infoline @expr{2/pi}.
4190 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4191 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4192 one turns out to be
4193 @texline @math{6/\pi^2}.
4194 @infoline @expr{6/pi^2}.
4195 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4196 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4198 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4199 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4200 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4201 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4202 which is just an integer that represents the value of that string.
4203 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4204 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4205 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4206 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4207 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4208 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4209 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4210 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4211 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4212 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4213 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4214 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4215 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4217 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4218 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4219 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4220 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4221 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4222 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4223 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4224 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4225 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4226 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4227 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4228 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4230 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4231 @section Types Tutorial
4233 @noindent
4234 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4235 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4237 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4238 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4239 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4240 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4241 which can exactly represent any rational number.
4243 @smallexample
4244 @group
4245 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4246     .          1:  49             .              .              .
4247                    .
4249     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4250 @end group
4251 @end smallexample
4253 @noindent
4254 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4255 would normally divide integers to get a floating-point result.
4256 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4257 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4258 fraction beginning with 49.
4260 You can convert between floating-point and fractional format using
4261 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4263 @smallexample
4264 @group
4265 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4266     .                       .
4268     c f                     c F
4269 @end group
4270 @end smallexample
4272 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4273 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4274 same, to within the current precision.
4276 @smallexample
4277 @group
4278 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4279     .                   .                    .            .
4281     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4282 @end group
4283 @end smallexample
4285 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4286 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4287 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4288 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4290 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4292 @smallexample
4293 @group
4294 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4295     .          .             .              .              .
4297     9 n        Q             c p            2 *            Q
4298 @end group
4299 @end smallexample
4301 @noindent
4302 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4303 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4304 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4305 operations are defined on both types of complex numbers.
4307 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4308 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4309 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4310 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4311 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4312 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4313 algebraic entry.
4315 @smallexample
4316 @group
4317 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4318 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4319     .              .              .              .
4321 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4322 @end group
4323 @end smallexample
4325 @noindent
4326 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4327 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4328 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4329 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4330 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4331 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4332 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4333 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4334 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4335 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4336 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4337 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4338 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4340 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4341 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4342 to turn on Infinite mode.
4344 @smallexample
4345 @group
4346 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4347 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4348 1:  0              .              .              .
4349     .
4351   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4352 @end group
4353 @end smallexample
4355 @noindent
4356 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4357 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4358 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4359 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4360 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4361 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4362 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4363 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4364 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4365 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4366 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4367 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4368 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4369 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4370 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4371 that matter, with anything else.
4373 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4374 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4375 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4376 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4377 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4379 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4380 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4381 a complex number?  Can it stand for infinity?
4382 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4384 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4385 seconds.
4387 @smallexample
4388 @group
4389 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4390     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4391                                         .
4393   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4394 @end group
4395 @end smallexample
4397 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4398 seconds.
4400 @smallexample
4401 @group
4402 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4403     .              .              .                     .
4405     0.5            I T            c h                   S
4406 @end group
4407 @end smallexample
4409 @noindent
4410 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4411 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4412 functions will accept HMS forms directly as input.
4414 @cindex Beatles
4415 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4416 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4417 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4418 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4419 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4421 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4422 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4423 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4425 @smallexample
4426 @group
4427 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4428 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4429     .
4431 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4432 @end group
4433 @end smallexample
4435 @noindent
4436 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4437 number of days between them.  It is also possible to add an
4438 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4439 date form.
4441 @smallexample
4442 @group
4443 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4444     .                                    .
4446     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4447 @end group
4448 @end smallexample
4450 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4451 @noindent
4452 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4453 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4454 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4455 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4456 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4457 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4459 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4460 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4462 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4463 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4465 @cindex Slope and angle of a line
4466 @cindex Angle and slope of a line
4467 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4468 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4469 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4470 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4471 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4472 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4474 @smallexample
4475 @group
4476 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4477     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4478                      .
4480     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4481 @end group
4482 @end smallexample
4484 @noindent
4485 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4486 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4487 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4489 @cindex Torus, volume of
4490 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4491 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4492 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}}
4493 where @expr{R} is the radius of the circle that
4494 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4495 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4496 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4497 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4499 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4500 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4501 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4502 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4503 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4505 @smallexample
4506 @group
4507 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4508     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4509                       .
4511   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4512 @end group
4513 @end smallexample
4515 @noindent
4516 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4517 is sure to lie in the range shown.
4519 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4520 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4521 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4522 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4523 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4524 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4525 the other.
4527 @smallexample
4528 @group
4529 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4530     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4531                                       .
4533   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4534 @end group
4535 @end smallexample
4537 @noindent
4538 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4539 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4540 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4541 or both endpoints.
4543 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4544 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4545 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4546 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4547 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4549 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4550 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4551 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4552 If not, which of these will result in a larger interval?
4553 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4555 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4556 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4557 or 24 hours.
4559 @smallexample
4560 @group
4561 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4562     .                .                .                .
4564     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4565 @end group
4566 @end smallexample
4568 @noindent
4569 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4570 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4571 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4572 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4573 @var{m} like 24, it is only sometimes possible.
4575 @smallexample
4576 @group
4577 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4578     .                .                .                .
4580     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4581 @end group
4582 @end smallexample
4584 @noindent
4585 These two calculations get the same answer, but the first one is
4586 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4587 that arises in the second one.
4589 @cindex Fermat, primality test of
4590 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4591 says that
4592 @texline @math{x^{n-1} \bmod n = 1}
4593 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4594 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4595 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4596 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4597 informally if a number is prime by trying this formula for several
4598 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4599 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4601 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4602 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4603 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4604 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4606 @smallexample
4607 @group
4608 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4609     .                                 .
4611     x time @key{RET}                        n
4612 @end group
4613 @end smallexample
4615 @noindent
4616 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4618 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4619 is about
4620 @texline @math{\pi \times 10^7}
4621 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}}
4622 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4623 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4625 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4626 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4627 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4628 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4629 of music.  Should you order single or double packages?
4630 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4632 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4633 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4634 application of algebraic expressions, where we use variables with
4635 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4636 like centimeters and inches.
4638 @smallexample
4639 @group
4640 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4641     .               .                .                   .
4643     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4644 @end group
4645 @end smallexample
4647 @noindent
4648 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4649 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4650 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4651 which in this case means meters.
4653 @smallexample
4654 @group
4655 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4656     .              .                  .              .
4658  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4660 @end group
4661 @end smallexample
4662 @noindent
4663 @smallexample
4664 @group
4665 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4666     .                .                     .
4668     u s              2 ^                   u c cgs
4669 @end group
4670 @end smallexample
4672 @noindent
4673 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4674 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4675 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4676 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4677 being interpreted as unit names.
4679 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4680 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4681 as its standard unit of length.
4683 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4685 @smallexample
4686 @group
4687 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4688     .              .                  .                     .
4690  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4691 @end group
4692 @end smallexample
4694 @noindent
4695 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4696 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4697 finally in terms of fractions of the speed of light.
4699 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4700 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4701 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4702 units there is no difference, but temperature units have an offset
4703 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4704 for them.
4706 @smallexample
4707 @group
4708 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -6.666 degC
4709     .                 .                    .                 .
4711   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}
4712 @end group
4713 @end smallexample
4715 @noindent
4716 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4717 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4718 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.
4720 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4721 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4722 When you use this method, you're responsible for remembering which
4723 numbers are in which units:
4725 @smallexample
4726 @group
4727 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4728     .              .                        .
4730     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4731 @end group
4732 @end smallexample
4734 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4735 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4736 at the units table.
4738 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4739 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4741 @cindex Speed of light
4742 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4743 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4744 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4745 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4746 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4748 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4749 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4750 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4751 swallow and still travel legally on most US highways?
4752 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4754 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4755 @section Algebra and Calculus Tutorial
4757 @noindent
4758 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4759 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4760 formulas.
4762 @menu
4763 * Basic Algebra Tutorial::
4764 * Rewrites Tutorial::
4765 @end menu
4767 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4768 @subsection Basic Algebra
4770 @noindent
4771 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4772 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4773 formulas as regular data objects.
4775 @smallexample
4776 @group
4777 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (3 x^2 + y) (6 - 2 x^2)
4778     .                   .                   .
4780     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4781 @end group
4782 @end smallexample
4784 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4785 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4786 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4788 There are also commands for doing common algebraic operations on
4789 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4791 @smallexample
4792 @group
4793 1:  18 x^2 - 6 x^4 + 6 y - 2 y x^2    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4794     .                                     .
4796     a x                                   a c x @key{RET}
4797 @end group
4798 @end smallexample
4800 @noindent
4801 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4802 terms involving like powers of @expr{x}.
4804 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4805 is one-half.
4807 @smallexample
4808 @group
4809 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4810     .                           .
4812     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4813 @end group
4814 @end smallexample
4816 @noindent
4817 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4818 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4819 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4820 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4821 back to its original value, if any.
4823 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4824 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4825 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4826 properly.)
4828 @cindex Maximum of a function using Calculus
4829 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4830 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4831 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4832 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4833 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4834 the function has a local maximum there.
4836 @smallexample
4837 @group
4838 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4839     .                           .
4841     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4842 @end group
4843 @end smallexample
4845 @noindent
4846 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4847 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4849 @smallexample
4850 @group
4851 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 - 24 x^2
4852     .                          .
4854     ' x @key{RET} /                  a x
4856 @end group
4857 @end smallexample
4858 @noindent
4859 @smallexample
4860 @group
4861 1:  0.70588 x^2 = 1        1:  x = 1.19023
4862     .                          .
4864     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4865 @end group
4866 @end smallexample
4868 @noindent
4869 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4871 @smallexample
4872 @group
4873 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4874     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4875                        .                   .
4877     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4878 @end group
4879 @end smallexample
4881 @noindent
4882 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4883 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4884 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4885 to delete the @samp{x}.)
4887 @smallexample
4888 @group
4889 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4890 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4891     .                                  .
4893     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4894 @end group
4895 @end smallexample
4897 @noindent
4898 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4899 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4900 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4902 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4903 @expr{0.70588 x^2 = 1} is a quadratic equation that ought to have
4904 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4905 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4906 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4907 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4908 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4910 @smallexample
4911 @group
4912 1:  0.70588 x^2 = 1    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4913     .                      .                       .
4915     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4916 @end group
4917 @end smallexample
4919 @noindent
4920 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4921 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4922 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4923 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4924 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4926 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4927 into the original formula.
4929 @smallexample
4930 @group
4931 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4932 1:  x = 1.19023 s1            .
4933     .
4935     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4936 @end group
4937 @end smallexample
4939 @noindent
4940 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4941 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4942 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4944 It's clear that this will have the same value for either sign of
4945 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4947 @smallexample
4948 @group
4949 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4950 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4951     .
4953   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4954 @end group
4955 @end smallexample
4957 @noindent
4958 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4959 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4960 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4961 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4962 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4963 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4964 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4965 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4966 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4967 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4969 If there had been several different values, we could have used
4970 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4972 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4973 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4974 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4975 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4976 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4977 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4978 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4979 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4981 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4982 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4983 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4984 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4985 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4986 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
4988 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
4989 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
4990 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
4991 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
4993 @smallexample
4994 @group
4995 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
4996 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
4997     .                        .
4999     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5000 @end group
5001 @end smallexample
5003 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
5005 @smallexample
5006 @group
5007                3
5008 2:  34 x - 24 x
5010       ____   ____
5011      V 51   V 51
5012 1:  [-----, -----, 0]
5013        6     -6
5015     .
5017     d B
5018 @end group
5019 @end smallexample
5021 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5022 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5023 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5024 and @LaTeX{} mode.
5026 @smallexample
5027 @group
5028 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5029 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5030     .                                     .
5032     d C                                   d F
5034 @end group
5035 @end smallexample
5036 @noindent
5037 @smallexample
5038 @group
5039 3:  34 x - 24 x^3
5040 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5041 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5042     .
5044     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5045 @end group
5046 @end smallexample
5048 @noindent
5049 As you can see, language modes affect both entry and display of
5050 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5051 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5052 and notations for vectors and matrices.
5054 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5055 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5056 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5057 produced by the various language modes to make sure they are fully
5058 correct.
5060 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5061 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5062 are shown in normal mode.)
5064 @cindex Area under a curve
5065 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5066 This is simply the integral of the function:
5068 @smallexample
5069 @group
5070 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5071     .                          .
5073     r 1                        a i x
5074 @end group
5075 @end smallexample
5077 @noindent
5078 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5079 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5081 @smallexample
5082 @group
5083 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5084 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5086    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5087 @end group
5088 @end smallexample
5090 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5092 @texline @math{x \sin \pi x}
5093 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}}
5094 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5095 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5096 3}. (@bullet{})
5098 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5099 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5100 under the curve
5101 @texline @math{\sin x \ln x}
5102 @infoline @expr{sin(x) ln(x)}
5103 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5104 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5105 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5106 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5108 @cindex Integration, numerical
5109 @cindex Numerical integration
5110 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5111 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5112 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5113 We can save some time by reducing the working precision.
5115 @smallexample
5116 @group
5117 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5118 2:  1                       .
5119 1:  0.1
5120     .
5122  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5123 @end group
5124 @end smallexample
5126 @noindent
5127 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5128 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5130 @smallexample
5131 @group
5132 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5133 1:  ln(x) sin(x)                    .
5134     .
5136     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5138 @end group
5139 @end smallexample
5140 @noindent
5141 @smallexample
5142 @group
5143 1:  3.4195     0.34195
5144     .          .
5146     V R +      0.1 *
5147 @end group
5148 @end smallexample
5150 @noindent
5151 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5152 to Radians mode?)
5154 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5155 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5156 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5157 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5158 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5159 is the same for every box.)
5161 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5162 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5164 @smallexample
5165 @group
5166 1:  ln(x) sin(x)    1:  0.84147 x + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5167     .                   .
5169     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5170 @end group
5171 @end smallexample
5173 @noindent
5174 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5175 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5176 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5178 @smallexample
5179 @group
5180 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5181     .                        .                            .
5183     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5184 @end group
5185 @end smallexample
5187 @noindent
5188 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5189 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5190 (Taylor series converge better away from singularities in the
5191 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5192 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5193 of @expr{x=1}.)
5195 @cindex Simpson's rule
5196 @cindex Integration by Simpson's rule
5197 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5198 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5199 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5200 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5201 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5202 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5203 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5204 down to the formula,
5206 @ifnottex
5207 @example
5208 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5209               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5210 @end example
5211 @end ifnottex
5212 @tex
5213 \beforedisplay
5214 $$ \displaylines{
5215       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5216    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5217 } $$
5218 \afterdisplay
5219 @end tex
5221 @noindent
5222 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5223 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5224 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5225 method:
5227 @ifnottex
5228 @example
5229 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5230           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5231 @end example
5232 @end ifnottex
5233 @tex
5234 \beforedisplay
5235 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5236            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5237 \afterdisplay
5238 @end tex
5240 Compute the integral from 1 to 2 of
5241 @texline @math{\sin x \ln x}
5242 @infoline @expr{sin(x) ln(x)}
5243 using Simpson's rule with 10 slices.
5244 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5246 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5247 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5248 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5249 result until the current precision is satisfied.
5251 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5252 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5253 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5254 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5255 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5256 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5257 details and examples.
5259 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5260 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5262 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5263 @subsection Rewrite Rules
5265 @noindent
5266 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5267 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5268 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5269 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5271 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5273 @smallexample
5274 @group
5275 1:  2 sec(x)^2 / tan(x)^2 - 2 / tan(x)^2
5276     .
5278     ' 2sec(x)^2/tan(x)^2 - 2/tan(x)^2 @key{RET}   s 1
5279 @end group
5280 @end smallexample
5282 @noindent
5283 If we were simplifying this by hand, we'd probably combine over the common
5284 denominator.  The @kbd{a n} algebra command will do this, but we'll do
5285 it with a rewrite rule just for practice.
5287 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5289 @smallexample
5290 @group
5291 1:  (2 sec(x)^2 - 2) / tan(x)^2
5292     .
5294     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5295 @end group
5296 @end smallexample
5298 @noindent
5299 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5300 by itself the formula @samp{a/x + b/x := (a+b)/x} doesn't do anything,
5301 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5302 it as a rewrite rule.)
5304 The lefthand side, @samp{a/x + b/x}, is called the @dfn{pattern} of the
5305 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5306 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5307 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5308 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5309 the expression @samp{2 sec(x)^2}, the meta-variable @samp{b} matched
5310 the constant @samp{-2} and the meta-variable @samp{x} matched
5311 the expression @samp{tan(x)^2}.
5313 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5314 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5315 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5316 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5317 denominators.
5319 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5320 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5321 the subformula @samp{tan(x)^2}; Calc never confuses the two meanings of
5322 @samp{x}.
5324 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5325 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5326 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5327 @samp{a = 2 sec(x)^2}, @samp{b = -2}, and @samp{x = tan(x)^2}.
5329 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5330 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5331 substituted with the things they matched.  So the result is
5332 @samp{(2 sec(x)^2 - 2) / tan(x)^2}.
5334 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5335 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5336 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5337 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5338 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5339 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5341 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5342 @samp{tan(x)^2 + 1 = sec(x)^2}, but of course we must first rearrange
5343 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5344 would be @samp{@w{2 sec(x)^2 - 2} := 2 tan(x)^2}, but a little thought shows
5345 that the rule @samp{sec(x)^2 := 1 + tan(x)^2} will also work.  The
5346 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5347 situations, too.
5349 @smallexample
5350 @group
5351 1:  2
5352     .
5354     a r sec(x)^2 := 1 + tan(x)^2 @key{RET}
5355 @end group
5356 @end smallexample
5358 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5359 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5360 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5361 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5362 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5363 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5364 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5365 having to retype it.
5367 @smallexample
5368 @group
5369 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}          s t merge @key{RET}
5370 ' sec(x)^2 := 1 + tan(x)^2 @key{RET}      s t secsqr @key{RET}
5372 1:  2 sec(x)^2 / tan(x)^2 - 2 / tan(x)^2    1:  2
5373     .                                  .
5375     r 1                  a r merge @key{RET}  a r secsqr @key{RET}
5376 @end group
5377 @end smallexample
5379 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5380 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5381 the edited value back into the variable.
5382 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5384 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5385 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5386 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5387 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5388 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5389 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5390 another good reason to store your rules in variables rather than
5391 entering them on the fly.
5393 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5394 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5395 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5396 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5397 to be expanded by the distributive law; do this with another
5398 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5400 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5401 a variable containing a vector of rules.
5403 @smallexample
5404 @group
5405 1:  [merge, secsqr]          1:  [a/x + b/x := (a + b)/x, ... ]
5406     .                                 .
5408     ' [merge,sinsqr] @key{RET}          =
5410 @end group
5411 @end smallexample
5412 @noindent
5413 @smallexample
5414 @group
5415 1:  2 sec(x)^2 / tan(x)^2 - 2 / tan(x)^2     1:  2
5416     .                                 .
5418     s t trig @key{RET}  r 1                  a r trig @key{RET}
5419 @end group
5420 @end smallexample
5422 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5423 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5424 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5425 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5426 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5427 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5429 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5430 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5431 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5432 only one rewrite at a time.
5434 @smallexample
5435 @group
5436 1:  (2 sec(x)^2 - 2) / tan(x)^2         1:  2
5437     .                                       .
5439     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                   M-1 a r trig @key{RET}
5440 @end group
5441 @end smallexample
5443 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5444 of rewrites that occur.
5446 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5447 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5449 @smallexample
5450 @group
5451 1:  sin(x + 2 pi) + sin(x + 3 pi) + sin(x + 4 pi)
5452     .
5454     ' sin(x+2pi) + sin(x+3pi) + sin(x+4pi) @key{RET}
5456 @end group
5457 @end smallexample
5458 @noindent
5459 @smallexample
5460 @group
5461 1:  sin(x + 3 pi) + 2 sin(x)
5462     .
5464     a r sin(a + k pi) := sin(a) :: k % 2 = 0 @key{RET}
5465 @end group
5466 @end smallexample
5468 @noindent
5469 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5470 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5472 An interesting point is that the variable @samp{pi} was matched
5473 literally rather than acting as a meta-variable.
5474 This is because it is a special-constant variable.  The special
5475 constants @samp{e}, @samp{i}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5476 A common error with rewrite
5477 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5478 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5479 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5481 @cindex Fibonacci numbers
5482 @ignore
5483 @starindex
5484 @end ignore
5485 @tindex fib
5486 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5487 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5488 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5489 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5490 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5492 @smallexample
5493 @group
5494 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5496 1:  fib(7)               1:  13
5497     .                        .
5499     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5500 @end group
5501 @end smallexample
5503 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5504 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5505 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5506 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5507 be used preferentially.
5509 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5510 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5511 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5512 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5513 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5514 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5515 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5517 @smallexample
5518 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5519 @end smallexample
5521 @noindent
5522 Now:
5524 @smallexample
5525 @group
5526 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  fib(x) + fib(0) + 8
5527     .                                 .
5529     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5530 @end group
5531 @end smallexample
5533 @noindent
5534 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5535 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5536 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5537 apply these rules automatically by storing them in the special
5538 variable @code{EvalRules}.
5540 @smallexample
5541 @group
5542 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5543     .                                       .
5545     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5546 @end group
5547 @end smallexample
5549 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5550 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5551 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5553 @smallexample
5554 @group
5555 fib(6) =
5556 fib(5)              +               fib(4) =
5557 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5558 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5559 @end group
5560 @end smallexample
5562 @noindent
5563 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5564 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5565 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5566 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5567 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5568 @code{EvalRules}) and add another condition:
5570 @smallexample
5571 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5572 @end smallexample
5574 @noindent
5575 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5576 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5577 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5578 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5579 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5580 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5582 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5583 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5585 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5586 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5587 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5588 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5589 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5591 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5592 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5593 un-store the variable.
5595 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5596 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5597 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5598 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5599 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5600 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5601 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5602 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5603 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5605 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5606 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5607 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5608 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5610 @example
5611 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5612 @end example
5614 @noindent
5615 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5616 to 1.''
5618 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5619 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5620 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5621 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5622 and one for @samp{b}.
5624 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5625 on the stack and tried to use the rule
5626 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5627 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5629 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5630 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5631 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5632 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5633 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5634 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5635 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5636 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5637 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5638 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5639 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5640 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5641 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5642 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5644 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5645 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5646 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5647 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5648 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5649 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5651 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5652 infinite series that exactly equals the value of that function at
5653 values of @expr{x} near zero.
5655 @ifnottex
5656 @example
5657 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5658 @end example
5659 @end ifnottex
5660 @tex
5661 \beforedisplay
5662 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5663 \afterdisplay
5664 @end tex
5666 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5667 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5668 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5669 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5670 that records what was the lowest term that was truncated.
5672 @ifnottex
5673 @example
5674 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5675 @end example
5676 @end ifnottex
5677 @tex
5678 \beforedisplay
5679 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5680 \afterdisplay
5681 @end tex
5683 @noindent
5684 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5685 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5687 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5688 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5689 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5690 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5691 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5692 rearranged.  (This one is rather tricky; the solution at the end of
5693 this chapter uses 6 rewrite rules.  Hint:  The @samp{constant(x)}
5694 condition tests whether @samp{x} is a number.)  @xref{Rewrites Answer
5695 6, 6}. (@bullet{})
5697 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5698 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5699 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5701 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5703 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5704 @section Programming Tutorial
5706 @noindent
5707 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5708 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5709 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5710 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5711 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5712 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5714 One very limited form of programming is defining your own functions.
5715 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5716 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5717 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5718 case @kbd{z} prefix.
5720 @smallexample
5721 @group
5722 1:  x + x^2 / 2 + x^3 / 6 + 1         1:  x + x^2 / 2 + x^3 / 6 + 1
5723     .                                     .
5725     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5726 @end group
5727 @end smallexample
5729 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5730 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5731 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5732 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5733 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5734 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5735 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5736 arguments?''
5738 @smallexample
5739 @group
5740 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5741     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5742                    .          1:  myexp(a + 1)
5743                                   .
5745     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5746 @end group
5747 @end smallexample
5749 @noindent
5750 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5751 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5752 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5753 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5754 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5755 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5756 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5758 @cindex Sine integral Si(x)
5759 @ignore
5760 @starindex
5761 @end ignore
5762 @tindex Si
5763 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5764 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5765 @infoline @expr{Si(x)}
5766 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5767 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5768 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5769 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5770 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5771 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5772 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5773 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5774 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5775 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5776 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5777 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5778 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5780 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5781 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5782 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5783 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5784 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5786 @smallexample
5787 @group
5788 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5789     .                        .
5791     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5793 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 n1 pi
5794     .                        .
5796     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5797 @end group
5798 @end smallexample
5800 @noindent
5801 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5802 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5803 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5804 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5805 re-execute the same keystrokes.
5807 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5809 @smallexample
5810 @group
5811 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5812                        .                   .
5814   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5815 @end group
5816 @end smallexample
5818 @noindent
5819 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5820 @kbd{z} to call it up.
5822 Keyboard macros can call other macros.
5824 @smallexample
5825 @group
5826 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5827     .                 .                           .            .
5829  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5830 @end group
5831 @end smallexample
5833 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5834 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5835 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5837 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5838 the following functions:
5840 @enumerate
5841 @item
5842 Compute
5843 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5844 @infoline @expr{sin(x) / x},
5845 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5847 @item
5848 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5849 the arguments are taken in the opposite order.
5851 @item
5852 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5853 the stack.
5854 @end enumerate
5855 @noindent
5856 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5858 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5859 the average (mean) value of a list of numbers.
5860 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5862 In many programs, some of the steps must execute several times.
5863 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5864 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5866 @smallexample
5867 @group
5868 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5869     .            1:  4             .
5870                      .
5872   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5873 @end group
5874 @end smallexample
5876 @noindent
5877 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5878 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5879 This structure pops a repeat count from the stack, then
5880 executes the body of the loop that many times.
5882 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5883 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5885 @cindex Fibonacci numbers
5886 Here's another example:
5888 @smallexample
5889 @group
5890 3:  1               2:  10946
5891 2:  1               1:  17711
5892 1:  20                  .
5893     .
5895 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5896 @end group
5897 @end smallexample
5899 @noindent
5900 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5901 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5902 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5903 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5905 @cindex Golden ratio
5906 @cindex Phi, golden ratio
5907 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5908 Fibonacci number can be found directly by computing
5909 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5910 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5911 and then rounding to the nearest integer, where
5912 @texline @math{\phi} (``phi''),
5913 @infoline @expr{phi},
5914 the ``golden ratio,'' is
5915 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5916 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}.
5917 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5918 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5920 @smallexample
5921 @group
5922 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5923     .                   .                    .                    .
5925     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5926 @end group
5927 @end smallexample
5929 @cindex Continued fractions
5930 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5931 representation of
5932 @texline @math{\phi}
5933 @infoline @expr{phi}
5935 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5936 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5937 We can compute an approximate value by carrying this however far
5938 and then replacing the innermost
5939 @texline @math{1/( \ldots )}
5940 @infoline @expr{1/( ...@: )}
5941 by 1.  Approximate
5942 @texline @math{\phi}
5943 @infoline @expr{phi}
5944 using a twenty-term continued fraction.
5945 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5947 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5948 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5949 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5950 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5951 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5952 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5953 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5955 @cindex Harmonic numbers
5956 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5957 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5958 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5960 @smallexample
5961 @group
5962 3:  0               1:  3.597739
5963 2:  1                   .
5964 1:  20
5965     .
5967 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5968 @end group
5969 @end smallexample
5971 @noindent
5972 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
5973 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
5974 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
5975 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
5976 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
5977 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
5978 uses a step of one.
5980 This harmonic number function uses the stack to hold the running
5981 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
5982 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
5984 @smallexample
5985 @group
5986 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
5987     .         1:  20                                  .
5988                   .
5990     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
5991 @end group
5992 @end smallexample
5994 @noindent
5995 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
5996 variable (and removes that value from the stack).
5998 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
5999 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6000 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6001 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6002 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6003 probably easier than using loops.  However, there are some
6004 situations where loops really are the way to go:
6006 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6007 harmonic number which is greater than 4.0.
6008 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6010 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6011 we have to worry about the programs clobbering values that the
6012 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6013 fix, though:
6015 @smallexample
6016 @group
6017     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6018                  .                .          2:  3.597739
6019                                              1:  0.6667
6020                                                  .
6022    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6023 @end group
6024 @end smallexample
6026 @noindent
6027 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6028 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6029 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6030 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6031 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6032 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6033 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6034 the contents of the stack, and the values of named variables,
6035 survive past the @kbd{Z '} command.
6037 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6038 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6039 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6040 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6041 by the formula
6042 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6043 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.
6044 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6045 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6046 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6047 numbers are very large fractions.)
6049 @smallexample
6050 @group
6051 1:  10               1:  0.0756823
6052     .                    .
6054     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6055 @end group
6056 @end smallexample
6058 @noindent
6059 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6060 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6061 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6062 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6063 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6064 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6065 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6067 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6069 @smallexample
6070 @group
6071 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6072 2:  5:66             .              .              .              .
6073 1:  0.0757575
6074     .
6076 10 k b @key{RET} c f   M-0 @key{DEL} 11 X   @key{DEL} 12 X       @key{DEL} 13 X       @key{DEL} 14 X
6077 @end group
6078 @end smallexample
6080 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6081 Bernoulli numbers.
6083 @smallexample
6084 @group
6085 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6086 2:  2                  .
6087 1:  30
6088     .
6090  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6091 @end group
6092 @end smallexample
6094 @noindent
6095 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6096 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6097 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6098 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6099 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6100 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6101 sequence of keystrokes.)
6103 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6104 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6105 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6106 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6107 ``while'' and ``until'' style loops.
6109 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6110 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6111 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6112 then enter the real one in the edit command.
6114 @smallexample
6115 @group
6116 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6117     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6119                                         1                          ;; calc digits
6120                                         RET                        ;; calc-enter
6121                                         2                          ;; calc digits
6122                                         +                          ;; calc-plus
6124 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6125 @end group
6126 @end smallexample
6128 @noindent
6129 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6130 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6131 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6132 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6133 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6134 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6135 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6136 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6137 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6138 @code{C-} and @code{M-}.
6140 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6141 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6142 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6143 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6144 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6146 @smallexample
6147 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6148 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6149 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6150 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6151 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop)
6152 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6153 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6154 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6155 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6156 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6157 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6158 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6159 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6160 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6161 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6162 @end smallexample
6164 @noindent
6165 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6167 @smallexample
6168 @group
6169 1:  20         1:  3.597739
6170     .              .
6172     20             z h
6173 @end group
6174 @end smallexample
6176 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6177 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6178 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X}
6179 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6180 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6181 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at
6182 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6184 @example
6185 @group
6186 Z ` 0 t 1
6187     1 TAB
6188     Z (  & s + 1  1 Z )
6189     r 1
6190 Z '
6191 @end group
6192 @end example
6194 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6195 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6196 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6197 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6198 this formula over and over:
6200 @ifnottex
6201 @example
6202 new_x = x - f(x)/f'(x)
6203 @end example
6204 @end ifnottex
6205 @tex
6206 \beforedisplay
6207 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f^{\prime}(x)} $$
6208 \afterdisplay
6209 @end tex
6211 @noindent
6212 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6213 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6214 @texline @math{x_{\rm new}}
6215 @infoline @expr{new_x}
6216 and @expr{x} will be equal to within the limits
6217 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6218 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6219 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6220 is zero.  Use it to find a solution of
6221 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6222 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6223 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6224 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6225 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6227 @cindex Digamma function
6228 @cindex Gamma constant, Euler's
6229 @cindex Euler's gamma constant
6230 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function
6231 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6232 @infoline @expr{psi(z)}
6233 is defined as the derivative of
6234 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6235 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.
6236 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6238 @ifnottex
6239 @example
6240 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6241 @end example
6242 @end ifnottex
6243 @tex
6244 \beforedisplay
6245 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6246    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6248 \afterdisplay
6249 @end tex
6251 @noindent
6252 where
6253 @texline @math{\sum}
6254 @infoline @expr{sum}
6255 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6256 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6257 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6258 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6259 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6260 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6261 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6262 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.
6263 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6264 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6265 Fortunately, we can compute
6266 @texline @math{\psi(1)}
6267 @infoline @expr{psi(1)}
6268 from
6269 @texline @math{\psi(5)}
6270 @infoline @expr{psi(5)}
6271 using the recurrence
6272 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6273 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.
6274 Your task:  Develop a program to compute
6275 @texline @math{\psi(z)};
6276 @infoline @expr{psi(z)};
6277 it should ``pump up'' @expr{z}
6278 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6279 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6280 to compute
6281 @texline @math{\gamma}
6282 @infoline @expr{gamma}
6283 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6284 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6285 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6287 @cindex Polynomial, list of coefficients
6288 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6289 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6290 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6291 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6292 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6293 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6294 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6295 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6297 @cindex Recursion
6298 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6299 first kind} are defined by the recurrences,
6301 @ifnottex
6302 @example
6303 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6304 s(n,0) = 0   for n > 0,
6305 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6306 @end example
6307 @end ifnottex
6308 @tex
6309 \beforedisplay
6310 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6311              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6312              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6313                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6315 \afterdisplay
6316 \vskip5pt
6317 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6318 @end tex
6320 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6321 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6322 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6323 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6324 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6325 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6326 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6327 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6328 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6329 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6330 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6331 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6332 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6333 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6334 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6335 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6336 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6337 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6339 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6340 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6341 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6342 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6343 program can:
6345 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6346 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6347 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6348 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6350 @example
6352 @end example
6353 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6354 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6355 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6356 @c [not-split]
6357 The rest of this manual tells the whole story.
6358 @c [when-split]
6359 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6361 @page
6362 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6363 @section Answers to Exercises
6365 @noindent
6366 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6368 @menu
6369 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6370 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6371 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6372 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6373 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6374 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6375 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6376 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6377 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6378 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6379 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6380 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6381 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6382 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6383 * Vector Answer 2::        Average position
6384 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6385 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6386 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6387 * List Answer 1::          Powers of two
6388 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6389 * List Answer 3::          Geometric mean
6390 * List Answer 4::          Divisor function
6391 * List Answer 5::          Duplicate factors
6392 * List Answer 6::          Triangular list
6393 * List Answer 7::          Another triangular list
6394 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6395 * List Answer 9::          Integers the hard way
6396 * List Answer 10::         All elements equal
6397 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6398 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6399 * List Answer 13::         Hash codes
6400 * List Answer 14::         Random walk
6401 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6402 * Types Answer 2::         Infinities
6403 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6404 * Types Answer 4::         Abbey Road
6405 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6406 * Types Answer 6::         Leap years
6407 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6408 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6409 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6410 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6411 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6412 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6413 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6414 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6415 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6416 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6417 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6418 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6419 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6420 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6421 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6422 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6423 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6424 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6425 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6426 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6427 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6428 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6429 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6430 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6431 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6432 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6433 * Programming Answer 8::   Newton's method
6434 * Programming Answer 9::   Digamma function
6435 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6436 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6437 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6438 @end menu
6440 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6441 @c being entered on the table of contents.
6442 @tex
6443 \global\let\oldwrite=\write
6444 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6445 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6446 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6447 @end tex
6449 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6450 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6452 @noindent
6453 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6455 The result is
6456 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6457 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6459 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6460 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6462 @noindent
6463 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6464 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6466 After computing the intermediate term
6467 @texline @math{2\times4 = 8},
6468 @infoline @expr{2*4 = 8},
6469 you can leave that result on the stack while you compute the second
6470 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6471 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6473 @smallexample
6474 @group
6475 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6476 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6477     .                         1:  9.5            .
6478                                   .
6480   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6482 @end group
6483 @end smallexample
6484 @noindent
6485 @smallexample
6486 @group
6487 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6488 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6489 2:  5          1:  1.25           .
6490 1:  4              .
6491     .
6493   5 @key{RET} 4          /              +              +
6494 @end group
6495 @end smallexample
6497 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6498 with the third term.
6500 @smallexample
6501 @group
6502 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6503 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6504     .                         1:  4              .
6505                                   .
6507    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6508 @end group
6509 @end smallexample
6511 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6512 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6513 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6514 you choose is purely a matter of taste.
6516 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6517 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6519 @noindent
6520 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6522 @smallexample
6523 @group
6524 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6525 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6526 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6527     .              .          1:  1              .              .
6528                                   .
6530                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6531 @end group
6532 @end smallexample
6534 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6536 @smallexample
6537 @group
6538 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6539 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6540 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6541     .              .              .              .              .
6543                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6544 @end group
6545 @end smallexample
6547 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6548 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6550 @noindent
6551 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6552 but using both the comma and the space at once yields:
6554 @smallexample
6555 @group
6556 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6557     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6558                    .                             .              .
6560     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6561 @end group
6562 @end smallexample
6564 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6565 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6566 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6567 deletes just one component out of that object, so he had to press
6568 @key{DEL} twice to finish the job.
6570 @smallexample
6571 @group
6572 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6573 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6574     .              .              .
6576                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6577 @end group
6578 @end smallexample
6580 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6581 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6582 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6583 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6585 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6586 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6588 @noindent
6589 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6591 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6592 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6594 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6595 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6596 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6598 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6599 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6601 @noindent
6602 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6603 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6604 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6605 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6607 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6608 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6610 @noindent
6611 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6612 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6613 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6614 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6615 times anything is zero.''
6617 @c [fix-ref Infinities]
6618 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6619 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6620 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6621 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6622 further discussion of infinite and indeterminate values.
6624 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6625 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6627 @noindent
6628 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6629 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6630 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6631 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6632 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6633 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6635 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6636 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6637 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6638 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6639 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6640 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6641 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6642 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6643 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6644 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6645 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6647 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6648 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6649 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6650 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6651 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6652 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6653 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6654 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6655 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6656 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6658 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6659 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6660 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6661 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6662 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6663 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6664 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6665 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6666 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6667 to tell two distinct numbers apart.
6669 An interesting side note is that most computers store their
6670 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6671 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6672 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6673 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6674 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6675 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6676 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6677 in decimal display mode.
6679 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6680 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6681 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6682 you use a relatively unusual radix like 3.
6684 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6685 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6687 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6688 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6689 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6690 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6691 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6692 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6693 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6694 way to enter this number.
6696 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6697 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6698 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6699 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6700 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6701 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6702 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6704 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6705 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6707 @noindent
6708 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6710 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6711 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6712 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6713 their inputs.
6715 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6716 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6717 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6718 place (according to the current precision).  They are useful for
6719 determining facts like this.
6721 @smallexample
6722 @group
6723 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6724     .                       .
6726     45 S                    2 ^
6728 @end group
6729 @end smallexample
6730 @noindent
6731 @smallexample
6732 @group
6733 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6734     .                       .                       .
6736     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6737 @end group
6738 @end smallexample
6740 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6741 all the way.  The only number in the original problem which was known
6742 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6743 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6744 for the higher precision to be meaningful.
6746 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6747 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6749 @noindent
6750 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6751 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6752 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6753 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6754 of time.
6756 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6757 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6758 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6759 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6760 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6761 calculation of the sum will not have this problem.
6763 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6764 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6765 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6767 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6768 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6770 @noindent
6771 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6772 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6773 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6774 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6775 with a precision of 6 this will be rounded to
6776 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6777 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6778 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6780 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6781 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6782 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6783 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6784 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6785 format.
6787 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6788 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6790 @noindent
6791 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6792 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6794 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6795 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6796 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6797 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6799 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6800 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6802 @noindent
6803 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6804 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6806 @smallexample
6807 @group
6808 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6809     .          1:  3.74165738677      .                       .
6810                    .
6812     r 1            @key{RET} A              /                       A
6813 @end group
6814 @end smallexample
6816 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6817 indeed have unit length.
6819 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6820 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6822 @noindent
6823 The average position is equal to the sum of the products of the
6824 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6825 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6826 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6828 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6829 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6831 @noindent
6832 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6833 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6835 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6836 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6838 @ifnottex
6839 @example
6840 @group
6841    x + a y = 6
6842    x + b y = 10
6843 @end group
6844 @end example
6845 @end ifnottex
6846 @tex
6847 \beforedisplay
6848 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6849              x &+ b y = 10}
6851 \afterdisplay
6852 @end tex
6854 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6855 matrix as usual.
6857 @smallexample
6858 @group
6859 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [4 a / (a - b) + 6, 4 / (b - a) ]
6860     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6861                      [ 1, b ] ]
6862                    .
6864 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6865 @end group
6866 @end smallexample
6868 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6869 mode:
6871 @smallexample
6872 @group
6873       4 a         4
6874 1:  [----- + 6, -----]
6875      a - b      b - a
6876 @end group
6877 @end smallexample
6879 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6881 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6882 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6884 @noindent
6885 To solve
6886 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6887 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B},
6888 first we compute
6889 @texline @math{A' = A^T A}
6890 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A}
6892 @texline @math{B' = A^T B};
6893 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B};
6894 now, we have a system
6895 @texline @math{A' X = B'}
6896 @infoline @expr{A2 * X = B2}
6897 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6899 @ifnottex
6900 @example
6901 @group
6902     a + 2b + 3c = 6
6903    4a + 5b + 6c = 2
6904    7a + 6b      = 3
6905    2a + 4b + 6c = 11
6906 @end group
6907 @end example
6908 @end ifnottex
6909 @tex
6910 \beforedisplayh
6911 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6912 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6913    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6914    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6915    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6916   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6917  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6918  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6919  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6921 \afterdisplayh
6922 @end tex
6924 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6925 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6926 @texline @math{B'}
6927 @infoline @expr{B2}
6928 vector.
6930 @smallexample
6931 @group
6932 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6933       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6934       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6935       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6936     .                             .
6938 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6939 @end group
6940 @end smallexample
6942 @noindent
6943 Now we compute the matrix
6944 @texline @math{A'}
6945 @infoline @expr{A2}
6946 and divide.
6948 @smallexample
6949 @group
6950 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6951 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6952       [ 72, 81, 60 ]
6953       [ 39, 60, 81 ] ]
6954     .
6956     r 7 v t r 7 *             /
6957 @end group
6958 @end smallexample
6960 @noindent
6961 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6962 round-off error.)
6964 Notice that the answers are similar to those for the
6965 @texline @math{3\times3}
6966 @infoline 3x3
6967 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was
6968 added to the system is almost identical to the first one multiplied
6969 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
6970 answer since the
6971 @texline @math{4\times3}
6972 @infoline 4x3
6973 system would be equivalent to the original
6974 @texline @math{3\times3}
6975 @infoline 3x3
6976 system.)
6978 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
6979 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
6980 the original system of equations to see how well they match.
6982 @smallexample
6983 @group
6984 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
6985 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
6986       [ 4, 5, 6 ]
6987       [ 7, 6, 0 ]
6988       [ 2, 4, 6 ] ]
6989     .
6991     r 7                            @key{TAB} *
6992 @end group
6993 @end smallexample
6995 @noindent
6996 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
6997 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
6999 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7000 @subsection List Tutorial Exercise 1
7002 @noindent
7003 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7004 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7005 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7006 plain @samp{-} key will work just as well.
7008 @smallexample
7009 @group
7010 2:  2                              2:  2
7011 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7012     .                                  .
7014     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7015 @end group
7016 @end smallexample
7018 @noindent
7019 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7020 vector.
7022 @smallexample
7023 @group
7024 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7025     .
7027     V M ^
7028 @end group
7029 @end smallexample
7031 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7032 @subsection List Tutorial Exercise 2
7034 @noindent
7035 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7036 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7038 @ifnottex
7039 @example
7040    m*x + b*1 = y
7041 @end example
7042 @end ifnottex
7043 @tex
7044 \beforedisplay
7045 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7046 \afterdisplay
7047 @end tex
7049 Thus we want a
7050 @texline @math{19\times2}
7051 @infoline 19x2
7052 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7053 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7054 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7056 @smallexample
7057 @group
7058 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7059 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7060     .                                 [ 1.49, 1 ]
7061                                       @dots{}
7063     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7064 @end group
7065 @end smallexample
7067 @noindent
7068 Now we compute
7069 @texline @math{A^T y}
7070 @infoline @expr{trn(A) * y}
7072 @texline @math{A^T A}
7073 @infoline @expr{trn(A) * A}
7074 and divide.
7076 @smallexample
7077 @group
7078 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7079     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7080                                 [  41.63,   19   ] ]
7081                               .
7083  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7084 @end group
7085 @end smallexample
7087 @noindent
7088 (Hey, those numbers look familiar!)
7090 @smallexample
7091 @group
7092 1:  [0.52141679, -0.425978]
7093     .
7095     /
7096 @end group
7097 @end smallexample
7099 Since we were solving equations of the form
7100 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7101 @infoline @expr{m*x + b*1 = y},
7102 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7103 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7104 @kbd{V R}!
7106 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7107 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7108 arithmetic functions!
7110 @c [fix-ref Curve Fitting]
7111 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7112 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7114 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7115 @subsection List Tutorial Exercise 3
7117 @noindent
7118 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7119 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7120 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7122 @smallexample
7123 @group
7124 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7125     .
7126 @end group
7127 @end smallexample
7129 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7130 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7132 @smallexample
7133 @group
7134 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7135 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7136     .                          .
7138     @key{RET}                        V R *
7140 @end group
7141 @end smallexample
7142 @noindent
7143 @smallexample
7144 @group
7145 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7146 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7147     .                          .
7149     @key{TAB}                        v l                 I ^
7150 @end group
7151 @end smallexample
7153 @noindent
7154 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7155 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7156 then raise the number to that power.)
7158 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7159 @subsection List Tutorial Exercise 4
7161 @noindent
7162 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if
7163 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7164 @infoline @samp{n % j = 0}.
7165 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7167 @smallexample
7168 @group
7169 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7170 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7171     .                       .
7173  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7174 @end group
7175 @end smallexample
7177 @noindent
7178 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7180 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7181 The first divisor function is the sum of the divisors.
7183 @smallexample
7184 @group
7185 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7186            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7187            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7188                .
7190    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7191 @end group
7192 @end smallexample
7194 @noindent
7195 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7196 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7198 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7199 @subsection List Tutorial Exercise 5
7201 @noindent
7202 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7203 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7204 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7205 the list with a copy of itself shifted over by one.
7207 @smallexample
7208 @group
7209 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7210     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7211                            .                        .
7213     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7215 @end group
7216 @end smallexample
7217 @noindent
7218 @smallexample
7219 @group
7220 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7221     .                        .              .
7223     V M a =                  V R +          0 a =
7224 @end group
7225 @end smallexample
7227 @noindent
7228 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7229 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7230 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7231 the job is pretty straightforward.
7233 Incidentally, Calc provides the
7234 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7235 @infoline @dfn{Moebius mu}
7236 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7237 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7239 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7240 @subsection List Tutorial Exercise 6
7242 @noindent
7243 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7244 to get a list of lists of integers!
7246 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7247 @subsection List Tutorial Exercise 7
7249 @noindent
7250 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7251 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7253 @smallexample
7254 @group
7255 1:  [ [0],
7256       [0, 1],
7257       [0, 1, 2],
7258       @dots{}
7260     1 -
7261 @end group
7262 @end smallexample
7264 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7265 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7266 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7267 can be computed directly by the formula
7268 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7269 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7271 @smallexample
7272 @group
7273 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7274 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7275     .                           .
7277     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7278 @end group
7279 @end smallexample
7281 @noindent
7282 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7283 result:
7285 @smallexample
7286 @group
7287 1:  [ [0],
7288       [1, 2],
7289       [3, 4, 5],
7290       [6, 7, 8, 9],
7291       [10, 11, 12, 13, 14],
7292       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7293       .
7295       V M +
7296 @end group
7297 @end smallexample
7299 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7300 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7301 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7302 triangular list.
7304 @smallexample
7305 @group
7306 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7307 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7308     .                           .
7310     @key{RET}                         V M V R +
7311 @end group
7312 @end smallexample
7314 @noindent
7315 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7316 since each element of the main vector is itself a small vector,
7317 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7319 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7320 @subsection List Tutorial Exercise 8
7322 @noindent
7323 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7325 @smallexample
7326 @group
7327 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7328     .                       .                       .
7330     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7331 @end group
7332 @end smallexample
7334 Next, we compute the Bessel function values.
7336 @smallexample
7337 @group
7338 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7339     .
7341     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7342 @end group
7343 @end smallexample
7345 @noindent
7346 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7348 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7349 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7351 @smallexample
7352 @group
7353 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7354 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7355     .                                                     .
7357     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7358 @end group
7359 @end smallexample
7361 @noindent
7362 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7363 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of
7364 @texline @math{\sin x}
7365 @infoline @expr{sin(x)}
7366 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7368 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7369 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7370 this back into the corresponding value itself.
7372 @smallexample
7373 @group
7374 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7375 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7376     .
7378     r 1                         V M *                    V R +
7379 @end group
7380 @end smallexample
7382 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7383 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7384 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7385 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7386 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7387 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7389 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7390 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7391 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7393 @smallexample
7394 @group
7395 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7396 1:  [0 .. 5]                       .
7397     .
7399 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7400 @end group
7401 @end smallexample
7403 @noindent
7404 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7405 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7406 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7408 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7409 @subsection List Tutorial Exercise 9
7411 @noindent
7412 Step one is to convert our integer into vector notation.
7414 @smallexample
7415 @group
7416 1:  25129925999           3:  25129925999
7417     .                     2:  10
7418                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7419                               .
7421     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7423 @end group
7424 @end smallexample
7425 @noindent
7426 @smallexample
7427 @group
7428 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7429 2:  [100000000000, ... ]         .
7430     .
7432     V M ^   s 1                  V M \
7433 @end group
7434 @end smallexample
7436 @noindent
7437 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7439 @smallexample
7440 @group
7441 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7442     .
7444     10 V M %   s 2
7445 @end group
7446 @end smallexample
7448 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7449 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7450 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7451 the right of it are nines.
7453 @smallexample
7454 @group
7455 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7456     .                                          .
7458     9 V M a =                                  v v
7460 @end group
7461 @end smallexample
7462 @noindent
7463 @smallexample
7464 @group
7465 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7466     .                              .
7468     V U *                          v v 1 |
7469 @end group
7470 @end smallexample
7472 @noindent
7473 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7474 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7475 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7476 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7477 rightmost digit.
7479 @smallexample
7480 @group
7481 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7482 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7483     .
7485     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7486 @end group
7487 @end smallexample
7489 @noindent
7490 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7491 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7492 digits that generated them.
7494 Finally, we must convert this list back into an integer.
7496 @smallexample
7497 @group
7498 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7499 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7500 1:  [100000000000, ... ]          .
7501     .
7503     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7505 @end group
7506 @end smallexample
7507 @noindent
7508 @smallexample
7509 @group
7510 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7511     .                                            .
7513     V M *                                        V R +
7514 @end group
7515 @end smallexample
7517 @noindent
7518 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7519 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7521 @smallexample
7522 @group
7523 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7524     .                             .
7526                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7527 @end group
7528 @end smallexample
7530 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7531 @subsection List Tutorial Exercise 10
7533 @noindent
7534 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7535 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7536 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7537 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7539 Here's a more correct method:
7541 @smallexample
7542 @group
7543 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7544     .                    1:  7
7545                              .
7547   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7549 @end group
7550 @end smallexample
7551 @noindent
7552 @smallexample
7553 @group
7554 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7555     .                        .
7557     V M a =                  V R *
7558 @end group
7559 @end smallexample
7561 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7562 @subsection List Tutorial Exercise 11
7564 @noindent
7565 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7566 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7567 and a vector of @expr{y^2}.
7569 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7570 commands.
7572 @smallexample
7573 @group
7574 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7575 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7576     .                              .
7578  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7580 @end group
7581 @end smallexample
7582 @noindent
7583 @smallexample
7584 @group
7585 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7586 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7587     .                              .
7589     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7590 @end group
7591 @end smallexample
7593 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7594 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7596 @smallexample
7597 @group
7598 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7599     .                              .                     .
7601     +                              1 V M a <             V R +
7602 @end group
7603 @end smallexample
7605 @noindent
7606 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7608 @smallexample
7609 @group
7610 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7611     .              .          1:  3.14159        .
7613     100 /          4 *            P              /
7614 @end group
7615 @end smallexample
7617 @noindent
7618 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7619 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7620 not very efficient!
7622 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7623 will be slightly different from the one shown here!)
7625 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7626 return to full-sized display of vectors.
7628 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7629 @subsection List Tutorial Exercise 12
7631 @noindent
7632 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7633 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7634 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7635 component for one end of the match, pick a random direction
7636 @texline @math{\theta},
7637 @infoline @expr{theta},
7638 and see if @expr{x} and
7639 @texline @math{x + \cos \theta}
7640 @infoline @expr{x + cos(theta)}
7641 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7642 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7643 numbers surround an integer.
7645 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7646 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7647 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7648 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7649 to estimate @cpi{}!)
7651 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7652 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7653 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7654 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7655 Pick random @expr{x} and
7656 @texline @math{\theta},
7657 @infoline @expr{theta},
7658 compute
7659 @texline @math{x + \cos \theta},
7660 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7661 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7663 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7664 commands.
7666 @smallexample
7667 @group
7668 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7669     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7670                                    .
7672 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7673 @end group
7674 @end smallexample
7676 @noindent
7677 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7679 @smallexample
7680 @group
7681 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7682 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7683     .
7685     m d  V M C                     +
7687 @end group
7688 @end smallexample
7689 @noindent
7690 @smallexample
7691 @group
7692 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7693     .                        .                   .
7695     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7696 @end group
7697 @end smallexample
7699 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7700 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7701 a random integer.
7703 @smallexample
7704 @group
7705 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7706 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7707     .                                      .
7709     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7711 @end group
7712 @end smallexample
7713 @noindent
7714 @smallexample
7715 @group
7716 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7717     .                        .                      .
7719     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7721 @end group
7722 @end smallexample
7723 @noindent
7724 @smallexample
7725 @group
7726 1:  10.714        1:  3.273
7727     .                 .
7729     6 @key{TAB} /           Q
7730 @end group
7731 @end smallexample
7733 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7734 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7736 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7737 return to full-sized display of vectors.
7739 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7740 @subsection List Tutorial Exercise 13
7742 @noindent
7743 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7745 @smallexample
7746 @group
7747 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7748     .
7750     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7751 @end group
7752 @end smallexample
7754 @noindent
7755 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7756 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7757 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7758 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7760 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7761 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7762 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7763 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7765 @smallexample
7766 @group
7767 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7768 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7769     .                              .
7771     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7773 @end group
7774 @end smallexample
7775 @noindent
7776 @smallexample
7777 @group
7778 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7779 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7780     .
7782     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7783 @end group
7784 @end smallexample
7786 @noindent
7787 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7788 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7789 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7790 function of two arguments that computes its first argument times three
7791 plus its second argument.
7793 @smallexample
7794 @group
7795 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7796     .                              .
7798     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7799 @end group
7800 @end smallexample
7802 @noindent
7803 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7804 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7805 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7807 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7808 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7809 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7810 without affecting the result.  While this means there are more
7811 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7812 the operations are faster.
7814 @smallexample
7815 @group
7816 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7817     .                              .
7819     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7820 @end group
7821 @end smallexample
7823 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7824 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7825 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7826 So the result when we take the modulo after every step is,
7828 @ifnottex
7829 @example
7830 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7831 @end example
7832 @end ifnottex
7833 @tex
7834 \beforedisplay
7835 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7836 \afterdisplay
7837 @end tex
7839 @noindent
7840 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7841 the distributive law yields
7843 @ifnottex
7844 @example
7845 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7846 @end example
7847 @end ifnottex
7848 @tex
7849 \beforedisplay
7850 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7851 \afterdisplay
7852 @end tex
7854 @noindent
7855 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7856 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7857 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7858 @expr{n' = 3m + n},
7860 @ifnottex
7861 @example
7862 9 a + 3 b + c - 511 n'
7863 @end example
7864 @end ifnottex
7865 @tex
7866 \beforedisplay
7867 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n^{\prime} $$
7868 \afterdisplay
7869 @end tex
7871 @noindent
7872 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7873 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7875 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7876 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7877 modulo some value @var{m}.
7879 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7880 @subsection List Tutorial Exercise 14
7882 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7883 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7884 otherwise the problem is quite straightforward.
7886 @smallexample
7887 @group
7888 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7889 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7890     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7891                      ...
7893     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7894 @end group
7895 @end smallexample
7897 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7898 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7899 before nesting even begins.
7901 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7902 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7903 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7905 @smallexample
7906 @group
7907 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7908 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7909     .
7911     v t  v u  g f
7912 @end group
7913 @end smallexample
7915 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7916 independent in this case, we could have done two separate commands
7917 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7919 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7920 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7921 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7922 we might want to lower the precision a bit for it.
7924 @smallexample
7925 @group
7926 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7927 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7928     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7929                      ...
7931     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7932 @end group
7933 @end smallexample
7935 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7937 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7938 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7939 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7940 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7941 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7942 Schwartz.)
7944 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7945 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7947 @noindent
7948 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7949 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7951 @smallexample
7952 @group
7953 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7954     .                    .                    .
7956                          2 ^ P /              c F
7957 @end group
7958 @end smallexample
7960 @noindent
7961 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7962 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
7963 happens to be the fraction which most closely represents some
7964 irrational number to within 12 digits.
7966 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
7967 precision slightly and try again:
7969 @smallexample
7970 @group
7971 1:  0.509433962268     1:  27:53
7972     .                      .
7974     U p 10 @key{RET}             c F
7975 @end group
7976 @end smallexample
7978 @noindent
7979 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
7980 this simple to within ten digits, so our original number was probably
7981 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
7982 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
7984 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
7985 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
7986 to the current precision before they begin.
7988 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
7989 @subsection Types Tutorial Exercise 2
7991 @noindent
7992 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
7993 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
7995 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
7996 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
7997 far as Calc is concerned all infinities are the same size.
7998 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
7999 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8000 @expr{x} is not relevant here.
8002 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8003 the input is infinite.
8005 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8006 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8007 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8008 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8009 because, once again, all infinities are the same size.
8011 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8012 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8013 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8014 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8016 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8017 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8019 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8020 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8021 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8022 treat @samp{ln(0)} as an error.
8024 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8025 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8027 @noindent
8028 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8029 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8030 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8031 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8032 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8033 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8035 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8036 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8037 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8038 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8040 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8041 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8042 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8043 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8044 unable to tell what the true answer is.
8046 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8047 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8049 @smallexample
8050 @group
8051 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8052 1:  17                          .
8053     .
8055     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8056 @end group
8057 @end smallexample
8059 @noindent
8060 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8062 @smallexample
8063 @group
8064 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8065 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8066     .
8068     20"                      +                      17 *
8069 @end group
8070 @end smallexample
8072 @noindent
8073 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8075 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8076 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8078 @noindent
8079 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8080 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8081 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8083 @smallexample
8084 @group
8085 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8086     .                         .                        .
8088     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8089 @end group
8090 @end smallexample
8092 @noindent
8093 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8095 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8096 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8097 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8098 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8099 argument is exactly what we want to map over:
8101 @smallexample
8102 @group
8103 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8104 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8105     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8106                                .
8108     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8109 @end group
8110 @end smallexample
8112 @noindent
8113 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8115 @smallexample
8116 @group
8117 1:  242
8118     .
8120 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8121 @end group
8122 @end smallexample
8124 @noindent
8125 And the answer to our original question:  242 days to go.
8127 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8128 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8130 @noindent
8131 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8132 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8133 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8134 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8135 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8136 don't know the leap year rule.
8138 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8139 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8140 the number of days between now and then, and compare that to the
8141 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8142 equal to the number of leap years there were.
8144 @smallexample
8145 @group
8146 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8147     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8148                                .
8150   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8152 @end group
8153 @end smallexample
8154 @noindent
8155 @smallexample
8156 @group
8157 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8158 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8159 1:  1991              .               .
8160     .
8162   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8163 @end group
8164 @end smallexample
8166 @c [fix-ref Date Forms]
8167 @noindent
8168 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8169 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8170 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8171 background information in that regard.)
8173 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8174 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8176 @noindent
8177 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8178 @samp{+/-} notation may be used.
8180 @smallexample
8181 @group
8182 1:  1.              2:  1.
8183     .               1:  0.2
8184                         .
8186     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8187 @end group
8188 @end smallexample
8190 Now we simply chug through the formula.
8192 @smallexample
8193 @group
8194 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8195     .                    .                        .
8197     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8198 @end group
8199 @end smallexample
8201 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8202 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8204 @smallexample
8205 @group
8206 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8207 2:  6316.5                1:  0.1118
8208 1:  706.21                    .
8209     .
8211     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8212 @end group
8213 @end smallexample
8215 @noindent
8216 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8218 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8219 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8221 @noindent
8222 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8223 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8224 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8225 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8226 but with no upper bound.
8228 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8230 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8231 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8232 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8233 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8235 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8236 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8237 as a possible value.
8239 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8240 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8241 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8242 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8243 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8244 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8245 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8246 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8247 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8248 that interval arithmetic can do in this case.
8250 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8251 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8253 @smallexample
8254 @group
8255 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8256     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8257                         .                 .
8259     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8260 @end group
8261 @end smallexample
8263 @noindent
8264 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8265 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8266 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8268 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8269 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8270 for different numbers.
8272 The same issue arises when you try to square an error form.
8274 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8275 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8277 @noindent
8278 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8280 @smallexample
8281 @group
8282 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8283     .                      811749612              .
8284                            .
8286     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8287 @end group
8288 @end smallexample
8290 @noindent
8291 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8292 must not be prime.
8294 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8295 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8296 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8297 use this method to test the second number.
8299 @smallexample
8300 @group
8301 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8302 1:  15485863                           .
8303     .
8305  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8306 @end group
8307 @end smallexample
8309 @noindent
8310 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8311 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8313 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8314 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8315 the power using full integer arithmetic.
8317 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8318 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8319 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8320 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8322 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8323 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8325 @noindent
8326 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8327 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8328 multiply the number by an HMS form representing one second:
8330 @smallexample
8331 @group
8332 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8333     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8334                           .
8336     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8338 @end group
8339 @end smallexample
8340 @noindent
8341 @smallexample
8342 @group
8343 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8344 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8345     .
8347     x time @key{RET}                         +
8348 @end group
8349 @end smallexample
8351 @noindent
8352 It will be just after six in the morning.
8354 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8355 HMS form:
8357 @smallexample
8358 @group
8359 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8360     .                                 .
8362   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8363 @end group
8364 @end smallexample
8366 @noindent
8367 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8368 the actual number 3.14159...
8370 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8371 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8373 @noindent
8374 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8375 each.
8377 @smallexample
8378 @group
8379 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8380 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8381     .
8383     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8385 @end group
8386 @end smallexample
8387 @noindent
8388 @smallexample
8389 @group
8390 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8391     .
8393     17 *
8394 @end group
8395 @end smallexample
8397 @noindent
8398 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8400 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8401 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8403 @noindent
8404 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8406 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8407 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8409 @noindent
8410 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8411 to the other?
8413 @smallexample
8414 @group
8415 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8416     .                 .
8418  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8419 @end group
8420 @end smallexample
8422 @noindent
8423 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8425 @smallexample
8426 @group
8427 1:  3.3356 ns     1:  0.81356
8428 2:  4.1 ns            .
8429     .
8431   ' 4.1 ns @key{RET}        /
8432 @end group
8433 @end smallexample
8435 @noindent
8436 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8437 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8438 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8440 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8441 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8443 @noindent
8444 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8445 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8447 @smallexample
8448 @group
8449 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8450     .              1:  5 yd / hr            .
8451                        .
8453   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8454 @end group
8455 @end smallexample
8457 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8458 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8459 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8461 @smallexample
8462 @group
8463 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8464     .            1:  2                .
8465                      .
8467     u s              2                B
8468 @end group
8469 @end smallexample
8471 @noindent
8472 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8474 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8475 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8477 @noindent
8478 @c [fix-ref Declarations]
8479 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8480 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8481 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8482 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8483 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8484 that @expr{x} is known to be real.)
8486 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8487 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8489 @noindent
8490 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8491 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8492 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8493 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8494 familiar form.
8496 @smallexample
8497 @group
8498 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8499     .                          .
8501     r 2                        a P x @key{RET}
8503 @end group
8504 @end smallexample
8505 @noindent
8506 @smallexample
8507 @group
8508 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  x*(x + 1.19023) (x - 1.19023)
8509     .                                     .
8511     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8513 @end group
8514 @end smallexample
8515 @noindent
8516 @smallexample
8517 @group
8518 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8519     .                          .
8521     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8522 @end group
8523 @end smallexample
8525 @noindent
8526 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8527 same as the original polynomial.
8529 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8530 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8532 @smallexample
8533 @group
8534 1:  x sin(pi x)         1:  sin(pi x) / pi^2 - x cos(pi x) / pi
8535     .                       .
8537   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8539 @end group
8540 @end smallexample
8541 @noindent
8542 @smallexample
8543 @group
8544 1:  [y, 1]
8545 2:  sin(pi x) / pi^2 - x cos(pi x) / pi
8546     .
8548   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8550 @end group
8551 @end smallexample
8552 @noindent
8553 @smallexample
8554 @group
8555 1:  [sin(pi y) / pi^2 - y cos(pi y) / pi, 1 / pi]
8556     .
8558     V M $ @key{RET}
8560 @end group
8561 @end smallexample
8562 @noindent
8563 @smallexample
8564 @group
8565 1:  sin(pi y) / pi^2 - y cos(pi y) / pi - 1 / pi
8566     .
8568     V R -
8570 @end group
8571 @end smallexample
8572 @noindent
8573 @smallexample
8574 @group
8575 1:  sin(3.14159 y) / 9.8696 - y cos(3.14159 y) / 3.14159 - 0.3183
8576     .
8578     =
8580 @end group
8581 @end smallexample
8582 @noindent
8583 @smallexample
8584 @group
8585 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8586     .
8588     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8589 @end group
8590 @end smallexample
8592 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8593 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8595 @noindent
8596 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8597 the contributions from the slices, since the slices have varying
8598 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8599 coefficients.  Here's one way:
8601 @smallexample
8602 @group
8603 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8604 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8605     .                      .
8607     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8609 @end group
8610 @end smallexample
8611 @noindent
8612 @smallexample
8613 @group
8614 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8615     .                          .
8617     1 |                        1 @key{TAB} |
8618 @end group
8619 @end smallexample
8621 @noindent
8622 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8623 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8625 @smallexample
8626 @group
8627 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8628 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8629     .
8631  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8633 @end group
8634 @end smallexample
8635 @noindent
8636 @smallexample
8637 @group
8638 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8639 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8640     .
8642     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8643 @end group
8644 @end smallexample
8646 @noindent
8647 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8648 same thing.
8650 @smallexample
8651 @group
8652 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8653     .              .              .
8655     *              .1 *           3 /
8656 @end group
8657 @end smallexample
8659 @noindent
8660 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8662 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8663 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8665 @noindent
8666 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8668 @smallexample
8669 @group
8670                                            ___
8671                                           V 2  + 2
8672 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  ---------
8673     .                                      ___
8674                                           V 2  + 1
8676                                           .
8678   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8679 @end group
8680 @end smallexample
8682 @noindent
8683 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8685 @smallexample
8686 @group
8687           ___    ___
8688 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8689     .
8691   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8693 @end group
8694 @end smallexample
8695 @noindent
8696 @smallexample
8697 @group
8698      ___
8699 1:  V 2
8700     .
8702   a r a*(b+c) := a*b + a*c
8703 @end group
8704 @end smallexample
8706 @noindent
8707 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8708 second step.)
8710 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8711 different circumstances, such as when the denominator involves
8712 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8714 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8715 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8717 @noindent
8718 Here is the rule set:
8720 @smallexample
8721 @group
8722 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8723   fib(1, x, y) := x,
8724   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8725 @end group
8726 @end smallexample
8728 @noindent
8729 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8730 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8731 second rule converts back from three-argument form once the computation
8732 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8733 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8734 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8735 numbers.
8737 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8738 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8739 the other rules because the rule set would never get that far unless
8740 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8741 extra conditions need to be checked at every step.
8743 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8744 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8745 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8746 help keep this from happening by accident would be to use something like
8747 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8748 function.
8750 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8751 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8753 @noindent
8754 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8755 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8756 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8757 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8758 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8759 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8760 to make sure the rule applied only once.
8762 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8763 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8764 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8765 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8766 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8767 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8768 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8769 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8770 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8772 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8773 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8775 @noindent
8776 @ignore
8777 @starindex
8778 @end ignore
8779 @tindex seq
8780 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8782 @smallexample
8783 @group
8784 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8785   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8786 @end group
8787 @end smallexample
8789 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8790 rules produces the following sequence of formulas:
8792 @example
8793 seq( 3, 1)
8794 seq(10, 2)
8795 seq( 5, 3)
8796 seq(16, 4)
8797 seq( 8, 5)
8798 seq( 4, 6)
8799 seq( 2, 7)
8800 seq( 1, 8)
8801 @end example
8803 @noindent
8804 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8806 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8808 @smallexample
8809 @group
8810 [ seq(n) := seq(n, 0),
8811   seq(1, c) := c,
8812   ... ]
8813 @end group
8814 @end smallexample
8816 @noindent
8817 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8818 as the result.
8820 The change to return a vector is quite simple:
8822 @smallexample
8823 @group
8824 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8825   seq(1, v) := v | 1,
8826   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8827   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8828 @end group
8829 @end smallexample
8831 @noindent
8832 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8834 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8835 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8836 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8837 initial value is suitable before the computation begins.
8839 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8840 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8841 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8842 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8843 apply and the rewrites will stop right away.
8845 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8846 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8848 @noindent
8849 @ignore
8850 @starindex
8851 @end ignore
8852 @tindex nterms
8853 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8854 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8855 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8857 @smallexample
8858 @group
8859 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8860   nterms(x)     := 1 ]
8861 @end group
8862 @end smallexample
8864 @noindent
8865 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8866 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8867 already know that @samp{x} is not a sum.
8869 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8870 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8872 @noindent
8873 Here is a rule set that will do the job:
8875 @smallexample
8876 @group
8877 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8878   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8879      :: constant(a) :: constant(b),
8880   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8881      :: constant(a) :: constant(b),
8882   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8883   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8884   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8885 @end group
8886 @end smallexample
8888 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8889 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8890 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8891 say, @code{O}, first.
8893 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8894 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8895 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8896 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8897 you if you put it into @code{EvalRules}!
8899 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8900 The optional constant coefficients are there mostly so that
8901 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8902 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8904 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8906 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8907 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8908 with @samp{a = 1/4}.)
8910 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8911 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8912 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8913 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8914 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8916 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8918 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8919 that represents truncated power series.  We might represent these as
8920 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8921 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8922 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8923 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8924 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8925 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8926 you could still enter power series in exactly the same notation as
8927 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8928 although the objects would be a bit harder to read.
8930 @c [fix-ref Compositions]
8931 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8932 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8933 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8934 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8935 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8936 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8937 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8938 objects have a special display format that makes them look like
8939 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8940 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8941 this it would probably be better to write the formatting routine
8942 in Lisp.)
8944 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8945 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8947 @noindent
8948 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8949 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8950 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8951 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8952 to be used within @code{ninteg}.
8954 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8955 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8957 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8958 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8960 @noindent
8961 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8962 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
8964 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
8965 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
8967 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
8968 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
8969 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
8971 Just for kicks, let's also do it algebraically:
8972 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
8974 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
8975 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
8977 @noindent
8978 Each of these functions can be computed using the stack, or using
8979 algebraic entry, whichever way you prefer:
8981 @noindent
8982 Computing
8983 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
8984 @infoline @expr{sin(x) / x}:
8986 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
8988 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
8990 @noindent
8991 Computing the logarithm:
8993 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
8995 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
8997 @noindent
8998 Computing the vector of integers:
9000 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9001 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9002 from the stack.)
9004 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9005 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9006 next command.)
9008 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9010 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9011 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9013 @noindent
9014 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9016 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9017 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9019 @smallexample
9020 @group
9021 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9022 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9023     .                                            .
9025    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9026 @end group
9027 @end smallexample
9029 @noindent
9030 This answer is quite accurate.
9032 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9033 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9035 @noindent
9036 Here is the matrix:
9038 @example
9039 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9040   [ 1, 1 ] ]
9041 @end example
9043 @noindent
9044 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9045 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9047 @example
9048 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9049 @end example
9051 @noindent
9052 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9053 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only
9054 @texline @math{\log_2 n}
9055 @infoline @expr{log(n,2)}
9056 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9057 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9058 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9059 required so many steps that it would not have been practical.
9061 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9062 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9064 @noindent
9065 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9066 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9067 a separate variable to hold the integer counter.
9069 @smallexample
9070 @group
9071 1:  1          2:  1       1:  .
9072     .          1:  4
9073                    .
9075     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9076 @end group
9077 @end smallexample
9079 @noindent
9080 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9081 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9082 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9083 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9084 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9085 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9086 loop counter exceeds 4.
9088 @smallexample
9089 @group
9090 2:  31                  3:  31
9091 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9092     .                   1:  4.02724519544
9093                             .
9095     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9096 @end group
9097 @end smallexample
9099 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9100 harmonic number is 4.02.
9102 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9103 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9105 @noindent
9106 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9107 the formula
9108 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9109 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9111 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9112 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9113 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9114 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9115 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9116 just for purposes of illustration.)
9118 @smallexample
9119 @group
9120 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9121 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9122     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9123                                      .
9125 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9127 @end group
9128 @end smallexample
9129 @noindent
9130 @smallexample
9131 @group
9132 2:  4.5
9133 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9134     .
9136     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9137 @end group
9138 @end smallexample
9140 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9141 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9142 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9143 repetitions are done.)
9145 @smallexample
9146 @group
9147 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9148     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9149                 1:  4.5                         .
9150                     .
9152   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9153 @end group
9154 @end smallexample
9156 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9157 old one to see if we've converged.
9159 @smallexample
9160 @group
9161 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9162 2:  5.24196     1:  0               .               .
9163 1:  4.5             .
9164     .
9166   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9167 @end group
9168 @end smallexample
9170 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9171 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9173 @smallexample
9174 @group
9175 2:  5.26345856348
9176 1:  0.499999999997
9177     .
9179  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9180 @end group
9181 @end smallexample
9183 Let's test the new definition again:
9185 @smallexample
9186 @group
9187 2:  x^2 - 9           1:  3.
9188 1:  1                     .
9189     .
9191   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9192 @end group
9193 @end smallexample
9195 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9197 @example
9198 @group
9199 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9200            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9201                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9202               Z >
9203       Z '
9204 C-x )
9205 @end group
9206 @end example
9208 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9209 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9210 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9211 to see how to use it.
9213 @c [fix-ref Root Finding]
9214 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9215 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9216 @xref{Root Finding}.
9218 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9219 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9221 @noindent
9222 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9223 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9224 reduce the problem using
9225 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9226 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9227 on to compute
9228 @texline @math{\psi(z+1)},
9229 @infoline @expr{psi(z+1)},
9230 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9231 step is repeated until @expr{z > 5}.
9233 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9234 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9235 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9236 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9237 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9238 just for purposes of illustration.)
9240 @smallexample
9241 @group
9242 1:  1.             1:  1.
9243     .                  .
9245  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9246 @end group
9247 @end smallexample
9249 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9250 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9252 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9253 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9254 and will never converge because fractions compare equal only if they
9255 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9257 @smallexample
9258 @group
9259 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9260 2:  1.      1:  1            .
9261 1:  5           .
9262     .
9264   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9265 @end group
9266 @end smallexample
9268 Now we compute the initial part of the sum:
9269 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9270 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9271 minus the adjustment factor.
9273 @smallexample
9274 @group
9275 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9276 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9277     .                      .
9279     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9280 @end group
9281 @end smallexample
9283 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9284 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9285 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9287 @smallexample
9288 @group
9289 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9290 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9291 1:  40            1:  2              2:  2                .
9292     .                 .              1:  36.
9293                                          .
9295    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9297 @end group
9298 @end smallexample
9299 @noindent
9300 @smallexample
9301 @group
9302 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9303 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9304 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9305     .                 .
9307   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9308 @end group
9309 @end smallexample
9311 This is the value of
9312 @texline @math{-\gamma},
9313 @infoline @expr{- gamma},
9314 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9315 a higher precision:
9317 @smallexample
9318 @group
9319 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9320 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9322     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9323 @end group
9324 @end smallexample
9326 Here's the complete sequence of keystrokes:
9328 @example
9329 @group
9330 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9331            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9332            L r 1 2 * & - r 2 -
9333            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9334                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9335                   2  Z )
9336       Z '
9337 C-x )
9338 @end group
9339 @end example
9341 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9342 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9344 @noindent
9345 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9346 a term like
9347 @texline @math{n x^{n-1}}.
9348 @infoline @expr{n x^(n-1)}.
9349 Taking the derivative of a constant
9350 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9351 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9352 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9354 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9355 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9356 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9357 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9358 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9359 just for purposes of illustration.)
9361 @smallexample
9362 @group
9363 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9364 1:  6                          2:  0
9365     .                          1:  6
9366                                    .
9368   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9369 @end group
9370 @end smallexample
9372 @noindent
9373 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9375 @smallexample
9376 @group
9377 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9378 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9379     .              1:  1                      .
9380                        .
9382    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9383 @end group
9384 @end smallexample
9386 @noindent
9387 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9388 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9389 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9391 @smallexample
9392 @group
9393 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9394     .                         .             .
9396     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9397 @end group
9398 @end smallexample
9400 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9401 against a table of powers of @expr{x}.
9403 @smallexample
9404 @group
9405 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9406 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9407     .                            .
9409     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9411 @end group
9412 @end smallexample
9413 @noindent
9414 @smallexample
9415 @group
9416 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9417 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9418     .
9420     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9421 @end group
9422 @end smallexample
9424 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9426 @example
9427 @group
9428 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9429            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9430                 a d x @key{RET}
9431          1 Z ) r 1
9432       Z '
9433 C-x )
9435 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9436 @end group
9437 @end example
9439 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9440 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9442 @noindent
9443 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9444 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9445 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9446 sure the stack comes out right.
9448 @smallexample
9449 @group
9450 2:  4          1:  4                         2:  4
9451 1:  2              .                         1:  2
9452     .                                            .
9454   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9455 @end group
9456 @end smallexample
9458 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9459 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9460 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9461 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9463 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9464 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9466 @smallexample
9467 @group
9468 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9469 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9470     .        2:  4       1:  0           .
9471              1:  2           .
9472                  .
9474   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9476 @end group
9477 @end smallexample
9478 @noindent
9479 @smallexample
9480 @group
9481 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9482 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9483 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9484 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9485     .                                                .        .
9487   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9488 @end group
9489 @end smallexample
9491 @noindent
9492 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9493 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9495 @smallexample
9496 @group
9497 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9498 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9499 1:  2               2:  3           1:  3           .
9500     .               1:  2               .
9501                         .
9503  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9505 @end group
9506 @end smallexample
9507 @noindent
9508 @smallexample
9509 @group
9510 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9511     .                           1:  2              .       1:  11
9512                                     .                          .
9514   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9515 @end group
9516 @end smallexample
9518 Even though the result that we got during the definition was highly
9519 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9520 the right answers.
9522 Here's the full program once again:
9524 @example
9525 @group
9526 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9527        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9528        Z :  @key{RET} 0 a =
9529             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9530             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9531                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9532             Z ]
9533        Z ]
9534 C-x )
9535 @end group
9536 @end example
9538 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9539 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9540 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9541 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9542 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9544 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9545 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9547 @noindent
9548 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9549 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9551 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9552 Stirling numbers in a convenient variable:
9554 @smallexample
9555 s e StirlingRules @key{RET}
9556 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9557   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9558   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9559 C-c C-c
9560 @end smallexample
9562 Now, it's just a matter of applying the rules:
9564 @smallexample
9565 @group
9566 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9567 1:  2              .                        .
9568     .
9570   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9571 @end group
9572 @end smallexample
9574 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9575 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9576 the last rule.
9578 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9579 @tex
9580 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9581 @end tex
9583 @c [reference]
9585 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9586 @chapter Introduction
9588 @noindent
9589 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9590 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9591 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9593 @c [when-split]
9594 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9596 @menu
9597 * Basic Commands::
9598 * Help Commands::
9599 * Stack Basics::
9600 * Numeric Entry::
9601 * Algebraic Entry::
9602 * Quick Calculator::
9603 * Prefix Arguments::
9604 * Undo::
9605 * Error Messages::
9606 * Multiple Calculators::
9607 * Troubleshooting Commands::
9608 @end menu
9610 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9611 @section Basic Commands
9613 @noindent
9614 @pindex calc
9615 @pindex calc-mode
9616 @cindex Starting the Calculator
9617 @cindex Running the Calculator
9618 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9619 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9620 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9621 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9622 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9623 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9624 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9625 list of the results of all calculations that have been done.  The
9626 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9627 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9628 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9629 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9631 @kindex C-x * c
9632 @kindex C-x * *
9633 @ignore
9634 @mindex @null
9635 @end ignore
9636 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9637 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *}
9638 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9639 in its Keypad mode.
9641 @kindex x
9642 @kindex M-x
9643 @pindex calc-execute-extended-command
9644 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9645 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9646 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9647 key (@code{calc-execute-extended-command})
9648 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9649 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9650 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9652 Although Calc is designed to be used from the keyboard, some of
9653 Calc's more common commands are available from a menu.  In the menu, the
9654 arguments to the functions are given by referring to their stack level
9655 numbers.
9657 @cindex Extensions module
9658 @cindex @file{calc-ext} module
9659 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9660 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9661 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9662 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9663 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9664 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9665 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9666 extension module automatically, you can force it to load all the
9667 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9668 command.  @xref{Mode Settings}.
9670 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9671 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9672 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9673 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9674 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9675 to auto-load the Calculator.
9677 @kindex C-x * b
9678 @pindex full-calc
9679 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9680 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9681 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9682 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9683 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9684 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9685 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9687 @kindex C-x * o
9688 @pindex calc-other-window
9689 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9690 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9691 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9692 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9693 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9694 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9696 @ignore
9697 @mindex C-x * q
9698 @end ignore
9699 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9700 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9701 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9702 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9704 @ignore
9705 @mindex C-x * k
9706 @end ignore
9707 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9708 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9709 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9710 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9712 @kindex q
9713 @pindex calc-quit
9714 @cindex Quitting the Calculator
9715 @cindex Exiting the Calculator
9716 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9717 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9718 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9719 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9720 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9721 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9722 Calculator on and off.
9724 @kindex C-x * x
9725 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9726 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9727 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9729 @kindex d @key{SPC}
9730 @pindex calc-refresh
9731 @cindex Refreshing a garbled display
9732 @cindex Garbled displays, refreshing
9733 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9734 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9735 buffer have been damaged somehow.
9737 @ignore
9738 @mindex o
9739 @end ignore
9740 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9741 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9743 @kindex <
9744 @kindex >
9745 @pindex calc-scroll-left
9746 @pindex calc-scroll-right
9747 @cindex Horizontal scrolling
9748 @cindex Scrolling
9749 @cindex Wide text, scrolling
9750 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9751 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9752 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9753 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9754 window whenever it can.)
9756 @kindex @{
9757 @kindex @}
9758 @pindex calc-scroll-down
9759 @pindex calc-scroll-up
9760 @cindex Vertical scrolling
9761 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9762 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9763 height of the Calc window.
9765 @kindex C-x * 0
9766 @pindex calc-reset
9767 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9768 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9769 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9770 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9771 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9772 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9773 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9774 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9775 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9776 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9777 stack but resets everything else to its default state.
9779 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9780 @section Help Commands
9782 @noindent
9783 @cindex Help commands
9784 @kindex ?
9785 @kindex a ?
9786 @kindex b ?
9787 @kindex c ?
9788 @kindex d ?
9789 @kindex f ?
9790 @kindex g ?
9791 @kindex j ?
9792 @kindex k ?
9793 @kindex m ?
9794 @kindex r ?
9795 @kindex s ?
9796 @kindex t ?
9797 @kindex u ?
9798 @kindex v ?
9799 @kindex V ?
9800 @kindex z ?
9801 @kindex Z ?
9802 @pindex calc-help
9803 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9804 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs's
9805 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9806 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9807 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9808 to see additional commands for that prefix.)
9810 @kindex h h
9811 @pindex calc-full-help
9812 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9813 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9814 summary of Calc keystrokes.
9816 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9817 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9818 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9820 @kindex h i
9821 @kindex C-x * i
9822 @kindex i
9823 @pindex calc-info
9824 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9825 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9826 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9827 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9828 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9829 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9830 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9831 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9832 different command in a future version of Calc.
9834 @kindex h t
9835 @kindex C-x * t
9836 @pindex calc-tutorial
9837 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9838 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9839 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9840 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9841 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9842 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9843 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9844 all times).
9846 @kindex h s
9847 @kindex C-x * s
9848 @pindex calc-info-summary
9849 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9850 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9851 key is equivalent to @kbd{h s}.
9853 @kindex h k
9854 @pindex calc-describe-key
9855 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9856 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9857 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9858 command.  This works by looking up the textual description of
9859 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9860 node indicated by the index.
9862 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9863 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9864 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9865 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9867 @kindex h c
9868 @pindex calc-describe-key-briefly
9869 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9870 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9871 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9872 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9873 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9874 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9875 gives the description:
9877 @smallexample
9878 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9879 @end smallexample
9881 @noindent
9882 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9883 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9884 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9885 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9886 additional notes from the summary that apply to this command.
9888 @kindex h f
9889 @pindex calc-describe-function
9890 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9891 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9892 algebraic function name to look up that function in the Function
9893 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it
9894 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9895 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and
9896 @samp{=>}.
9898 @kindex h v
9899 @pindex calc-describe-variable
9900 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9901 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9902 @code{PlotRejects}.
9904 @kindex h b
9905 @pindex describe-bindings
9906 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9907 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9908 listed.
9910 @kindex h n
9911 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9912 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9913 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9914 source files.
9916 @kindex h C-c
9917 @kindex h C-d
9918 @kindex h C-w
9919 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9920 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9921 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9922 Bugs'' sections of the manual.
9924 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9925 @section Stack Basics
9927 @noindent
9928 @cindex Stack basics
9929 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9930 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9931 Tutorial}.
9933 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9934 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9935 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9936 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9937 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9938 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9939 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9940 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9942 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9943 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9944 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9945 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9946 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9947 @pxref{Truncating the Stack}.
9949 @kindex d l
9950 @pindex calc-line-numbering
9951 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9952 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9953 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9954 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9955 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9957 @kindex o
9958 @pindex calc-realign
9959 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9960 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9961 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9962 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
9964 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
9965 two consecutive numbers.
9966 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
9967 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
9968 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
9969 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
9971 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
9972 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
9973 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
9974 commands.
9976 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
9977 @section Numeric Entry
9979 @noindent
9980 @kindex 0-9
9981 @kindex .
9982 @kindex e
9983 @cindex Numeric entry
9984 @cindex Entering numbers
9985 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
9986 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
9987 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
9988 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
9989 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
9991 @cindex Minus signs
9992 @cindex Negative numbers, entering
9993 @kindex _
9994 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
9995 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
9996 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
9997 different keys for these operations, respectively:
9998 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
9999 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10000 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10001 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10002 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10003 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10004 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10006 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10007 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10008 These notations are described later in this manual with the corresponding
10009 data types.  @xref{Data Types}.
10011 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10013 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10014 @section Algebraic Entry
10016 @noindent
10017 @kindex '
10018 @pindex calc-algebraic-entry
10019 @cindex Algebraic notation
10020 @cindex Formulas, entering
10021 The @kbd{'} (@code{calc-algebraic-entry}) command can be used to enter
10022 calculations in algebraic form.  This is accomplished by typing the
10023 apostrophe key, ', followed by the expression in standard format:
10025 @example
10026 ' 2+3*4 @key{RET}.
10027 @end example
10029 @noindent
10030 This will compute
10031 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10032 @infoline @expr{2+(3*4) = 14}
10033 and push it on the stack.  If you wish you can
10034 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10035 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10036 clear previous results off the stack.
10038 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10039 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do
10040 this would be to fix a typo, as the full Emacs cursor motion and editing
10041 keys are available during algebraic entry but not during numeric entry.
10043 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10044 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10045 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10046 @xref{Editing Stack Entries}.
10048 @kindex m a
10049 @pindex calc-algebraic-mode
10050 @cindex Algebraic Mode
10051 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10052 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10053 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10054 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10055 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10056 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10057 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10058 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10059 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10061 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10062 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10063 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10064 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10065 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10067 @kindex m t
10068 @pindex calc-total-algebraic-mode
10069 @cindex Total Algebraic Mode
10070 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10071 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10072 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10073 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10074 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10075 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10076 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10077 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10078 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10079 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10080 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10082 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10083 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10084 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10086 @kindex $
10087 @cindex Formulas, referring to stack
10088 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10089 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10090 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10091 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10092 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10093 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10094 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10095 first character in the new formula.
10097 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10098 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10099 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10100 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10101 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10102 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10103 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10105 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10106 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10107 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10108 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10109 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10110 on the stack and pushes an additional 6.
10112 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10113 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10114 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10115 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10116 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10117 @key{TAB} key.
10119 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10120 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10121 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10122 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10124 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10125 instead of @key{RET}, Calc disables simplification
10126 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10127 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10128 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10129 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10131 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10132 @section ``Quick Calculator'' Mode
10134 @noindent
10135 @kindex C-x * q
10136 @pindex quick-calc
10137 @cindex Quick Calculator
10138 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10139 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10140 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10141 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10142 area, without ever actually putting up a Calc window.
10144 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10145 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10146 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10147 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10148 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10149 @samp{$} as the formula.
10151 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10152 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10153 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10154 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10155 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10156 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10157 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10158 the regular @kbd{p} command.
10160 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10161 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10163 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10164 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10165 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10166 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10167 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10168 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10170 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10171 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10172 buffer rather than going into the kill ring.
10174 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10175 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10176 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10177 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10178 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10179 @xref{Store and Recall}.
10181 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10182 the number will also be displayed in hex, octal and binary formats.  If
10183 the integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10184 an ASCII character.
10186 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10187 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10188 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10189 is displayed only according to the current mode settings.  But
10190 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10191 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10192 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10194 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10195 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10196 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10197 small calculations.
10199 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10200 @section Numeric Prefix Arguments
10202 @noindent
10203 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10204 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10205 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10206 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10207 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10209 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10210 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10211 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10212 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10213 on the entire stack.
10215 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10216 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10217 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10218 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10219 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10220 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10221 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10222 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10223 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10224 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10225 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10226 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10227 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10228 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10229 argument for some other purpose.
10231 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10232 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10233 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10234 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10236 @kindex ~
10237 @pindex calc-num-prefix
10238 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10239 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10240 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10241 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10242 to the fourth power and set the precision to that value.
10244 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10245 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10247 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10248 @section Undoing Mistakes
10250 @noindent
10251 @kindex U
10252 @kindex C-_
10253 @pindex calc-undo
10254 @cindex Mistakes, undoing
10255 @cindex Undoing mistakes
10256 @cindex Errors, undoing
10257 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10258 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10259 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10260 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10261 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10262 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10263 specified number of operations.  When the Calculator is quit, as with
10264 the @kbd{q} (@code{calc-quit}) command, the undo history will be
10265 truncated to the length of the customizable variable
10266 @code{calc-undo-length} (@pxref{Customizing Calc}), which by default
10267 is @expr{100}. (Recall that @kbd{C-x * c} is synonymous with
10268 @code{calc-quit} while inside the Calculator; this also truncates the
10269 undo history.)
10271 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10272 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10273 will need to reset the mode yourself.
10275 @kindex D
10276 @pindex calc-redo
10277 @cindex Redoing after an Undo
10278 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10279 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10280 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10281 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10282 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10283 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10284 any other change, then it will be too late to redo.
10286 @kindex M-@key{RET}
10287 @pindex calc-last-args
10288 @cindex Last-arguments feature
10289 @cindex Arguments, restoring
10290 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10291 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10292 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10293 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10294 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10295 onto the stack.
10297 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10298 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10300 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10301 @xref{Trail Commands}.
10303 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10305 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10306 @section Error Messages
10308 @noindent
10309 @kindex w
10310 @pindex calc-why
10311 @cindex Errors, messages
10312 @cindex Why did an error occur?
10313 Many situations that would produce an error message in other calculators
10314 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10315 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10316 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10317 reasons for this to happen.
10319 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10320 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10321 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10322 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10323 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10324 the same computation results in several messages.  (The first message
10325 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10327 @kindex d w
10328 @pindex calc-auto-why
10329 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10330 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10331 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10332 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10333 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10334 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10336 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10337 @section Multiple Calculators
10339 @noindent
10340 @pindex another-calc
10341 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10342 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10343 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10344 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10345 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10346 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10347 this would ordinarily never be done.
10349 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10350 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10351 Calculator buffer.
10353 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10354 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10355 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10356 global default values of these variables are used only when a new
10357 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10358 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10360 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10361 Calculator buffers.
10363 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10364 @section Troubleshooting Commands
10366 @noindent
10367 This section describes commands you can use in case a computation
10368 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10370 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10371 to a bug or deficiency in Calc.
10373 @menu
10374 * Autoloading Problems::
10375 * Recursion Depth::
10376 * Caches::
10377 * Debugging Calc::
10378 @end menu
10380 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10381 @subsection Autoloading Problems
10383 @noindent
10384 The Calc program is split into many component files; components are
10385 loaded automatically as you use various commands that require them.
10386 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10387 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10388 work because some function you've never heard of was undefined.
10390 @kindex C-x * L
10391 @pindex calc-load-everything
10392 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10393 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10394 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10395 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10397 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10398 @subsection Recursion Depth
10400 @noindent
10401 @kindex M
10402 @kindex I M
10403 @pindex calc-more-recursion-depth
10404 @pindex calc-less-recursion-depth
10405 @cindex Recursion depth
10406 @cindex ``Computation got stuck'' message
10407 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10408 @cindex @code{max-specpdl-size}
10409 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10410 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10411 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10412 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10413 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10414 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10415 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10417 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10418 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10419 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10420 The default value is 1000.
10422 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10423 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10425 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10426 @subsection Caches
10428 @noindent
10429 @cindex Caches
10430 @cindex Flushing caches
10431 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10432 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10433 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10434 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10435 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10436 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10437 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10438 @cpiover{4} and
10439 @texline @math{\ln 2}.
10440 @infoline @expr{ln(2)}.
10441 The visible effect of caching is that
10442 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10443 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10444 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10445 data points computed by the graphing commands.
10447 @pindex calc-flush-caches
10448 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10449 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10450 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10451 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10452 with all other aspects of the Calculator's state.
10454 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10455 @subsection Debugging Calc
10457 @noindent
10458 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10459 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10460 your own Calc commands.
10462 @kindex Z T
10463 @pindex calc-timing
10464 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10465 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10466 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10467 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10468 accurate only to within one second.
10470 All steps of executing a command are included; in particular, time
10471 taken to format the result for display in the stack and trail is
10472 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10473 be answered, while others do not; this depends on the exact
10474 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10475 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10476 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10477 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10478 to execute the whole macro.
10480 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10481 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10482 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10483 that may take a long time to format and you don't wish to count
10484 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10485 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10486 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10488 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10489 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10490 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10491 This generally prevents garbage collection during the timing of
10492 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10493 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10494 factor in the timing of Emacs operations.)
10496 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10497 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10498 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10499 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10500 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10501 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10502 in the handler itself rather than at the true location of the
10503 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10504 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10505 will be lost.
10507 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10508 @chapter Data Types
10510 @noindent
10511 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10512 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10513 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10514 types are represented as underlying Lisp objects.)
10516 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10517 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10518 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10519 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10520 arbitrarily: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10521 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10522 matrices, or algebraic formulas.
10524 @menu
10525 * Integers::                The most basic data type.
10526 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10527 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10528 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10529 * Infinities::
10530 * Vectors and Matrices::
10531 * Strings::
10532 * HMS Forms::
10533 * Date Forms::
10534 * Modulo Forms::
10535 * Error Forms::
10536 * Interval Forms::
10537 * Incomplete Objects::
10538 * Variables::
10539 * Formulas::
10540 @end menu
10542 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10543 @section Integers
10545 @noindent
10546 @cindex Integers
10547 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10548 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10549 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10550 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10551 floating-point form according to the current Fraction mode.
10552 @xref{Fraction Mode}.)
10554 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10555 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10556 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10557 must not type commas during the entry of numbers.
10559 @kindex #
10560 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10561 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10562 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10563 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10564 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10565 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10566 number, the current display radix is used.
10568 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10569 @section Fractions
10571 @noindent
10572 @cindex Fractions
10573 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10574 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10575 performs RPN division; the following two sequences push the number
10576 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10577 assuming Fraction mode has been enabled.)
10578 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10579 simplest form, which may in fact be an integer.
10581 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10582 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10583 display formats.
10585 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10586 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10587 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10589 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10590 @section Floats
10592 @noindent
10593 @cindex Floating-point numbers
10594 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10595 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10596 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10597 range of acceptable values is from
10598 @texline @math{10^{-3999999}}
10599 @infoline @expr{10^-3999999}
10600 (inclusive) to
10601 @texline @math{10^{4000000}}
10602 @infoline @expr{10^4000000}
10603 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10605 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10606 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10607 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10608 indicate that during the calculation a number would have been produced
10609 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10610 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10611 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10612 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10613 would have overflowed!)
10615 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10616 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10617 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10618 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10620 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10621 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10622 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10623 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10624 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10625 or 0.235.
10627 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10628 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10629 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10630 available.  @xref{Float Formats}.
10632 @cindex Accuracy of calculations
10633 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10634 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10635 number of significant digits specified by the current precision,
10636 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10637 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10638 as square roots and transcendental functions are performed with several
10639 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10640 final result accurate to the full requested precision.  However,
10641 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10642 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10643 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10644 way.
10646 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10647 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10648 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10649 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10650 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10651 current precision.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10652 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10653 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10654 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10655 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10656 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10657 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10658 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10659 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10660 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10661 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10663 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10664 @section Complex Numbers
10666 @noindent
10667 @cindex Complex numbers
10668 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10669 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10670 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10671 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10672 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10673 notation; @pxref{Complex Formats}.
10675 Polar complex numbers are displayed in the form
10676 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10677 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10678 where @var{r} is the nonnegative magnitude and
10679 @texline @math{\theta}
10680 @infoline @var{theta}
10681 is the argument or phase angle.  The range of
10682 @texline @math{\theta}
10683 @infoline @var{theta}
10684 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10685 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10686 in radians.
10688 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10689 @xref{Incomplete Objects}.
10691 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10692 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10693 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10694 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10695 type.  @xref{Polar Mode}.
10697 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10698 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10699 number.
10701 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10702 @section Infinities
10704 @noindent
10705 @cindex Infinity
10706 @cindex @code{inf} variable
10707 @cindex @code{uinf} variable
10708 @cindex @code{nan} variable
10709 @vindex inf
10710 @vindex uinf
10711 @vindex nan
10712 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10713 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10714 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10715 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10716 names for your own variables because Calc gives them special
10717 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10718 entered using algebraic entry.
10720 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10721 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10722 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10723 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10724 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10725 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10726 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10727 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that
10728 @texline @math{e^x}
10729 @infoline @expr{exp(x)}
10730 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10731 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10732 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10733 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10735 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10736 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10737 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10738 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10739 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10740 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10741 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10742 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10743 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10744 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10745 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10747 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10748 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10749 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10750 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10751 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10752 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10753 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10754 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10755 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10756 some cases.
10758 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10759 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10760 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10761 adding a finite number like five to it does not affect it.
10762 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10763 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10764 Just to show that infinities really are all the same size,
10765 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10766 notation.
10768 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10769 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10770 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10771 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10772 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10773 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10774 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10775 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10776 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10777 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10778 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10779 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10780 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10781 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10782 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10783 (as described above).
10785 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10786 @xref{Interval Forms}.
10788 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10789 @section Vectors and Matrices
10791 @noindent
10792 @cindex Vectors
10793 @cindex Plain vectors
10794 @cindex Matrices
10795 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10796 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10797 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10798 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10799 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10801 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10802 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10803 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10804 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10805 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10806 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10807 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10808 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10809 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10810 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10811 this case.
10813 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10814 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10815 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10816 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10817 of its elements.
10819 @ignore
10820 @starindex
10821 @end ignore
10822 @tindex vec
10823 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10824 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an
10825 @texline @math{n\times m}
10826 @infoline @var{n}x@var{m}
10827 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10828 from 1 to @samp{n}.
10830 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10831 @section Strings
10833 @noindent
10834 @kindex "
10835 @cindex Strings
10836 @cindex Character strings
10837 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10838 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10839 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10840 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10841 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10842 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10844 @example
10845 @group
10846 \a     7          \^@@    0
10847 \b     8          \^a-z  1-26
10848 \e     27         \^[    27
10849 \f     12         \^\\   28
10850 \n     10         \^]    29
10851 \r     13         \^^    30
10852 \t     9          \^_    31
10853                   \^?    127
10854 @end group
10855 @end example
10857 @noindent
10858 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10859 character from its ASCII code.
10861 @kindex d "
10862 @pindex calc-display-strings
10863 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10864 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10865 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10866 instead.
10868 The backslash notations shown above are also used for displaying
10869 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10870 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10871 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10872 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10873 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10875 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10876 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10877 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10879 @ignore
10880 @starindex
10881 @end ignore
10882 @tindex string
10883 There is a @code{string} function which provides a different display
10884 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10885 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10886 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10887 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10888 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10889 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10890 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10891 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10893 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10894 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10895 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10896 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10898 @ignore
10899 @starindex
10900 @end ignore
10901 @tindex bstring
10902 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10903 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10904 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10905 character in the string.
10907 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10908 @section HMS Forms
10910 @noindent
10911 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10912 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10913 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10914 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10915 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10916 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10917 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10918 degrees, minutes, and seconds.
10920 @kindex @@
10921 @ignore
10922 @mindex @null
10923 @end ignore
10924 @kindex ' (HMS forms)
10925 @ignore
10926 @mindex @null
10927 @end ignore
10928 @kindex " (HMS forms)
10929 @ignore
10930 @mindex @null
10931 @end ignore
10932 @kindex h (HMS forms)
10933 @ignore
10934 @mindex @null
10935 @end ignore
10936 @kindex o (HMS forms)
10937 @ignore
10938 @mindex @null
10939 @end ignore
10940 @kindex m (HMS forms)
10941 @ignore
10942 @mindex @null
10943 @end ignore
10944 @kindex s (HMS forms)
10945 The default format for HMS values is
10946 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10947 @samp{h} (for ``hours'') or
10948 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10949 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10950 accepted in place of @samp{"}.
10951 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10952 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10953 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10954 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10955 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10956 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10957 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10959 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10960 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10961 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10962 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
10964 @pindex calc-time
10965 @cindex Time of day
10966 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
10967 the stack as an HMS form.
10969 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
10970 @section Date Forms
10972 @noindent
10973 @cindex Date forms
10974 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
10975 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
10976 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
10977 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
10978 computes the number of days between them (represented as a simple
10979 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
10980 are nonsensical and are not allowed by Calc.
10982 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
10983 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
10984 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
10985 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
10986 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
10988 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
10989 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
10990 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
10991 if the internal number is a fraction or float, the form represents
10992 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
10993 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
10994 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
10995 time can be stored without roundoff error.
10997 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
10998 additional digits in the seconds position.  For example, if the
10999 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11000 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11001 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11002 if astronomically high years are used, though this will not be an
11003 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11004 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11005 never an issue for them.
11007 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11008 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11009 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11011 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11012 year numbers represent years BC@.  Calc uses a combination of the
11013 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11014 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11015 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11017 @cindex Julian calendar
11018 @cindex Gregorian calendar
11019 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11020 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11021 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11022 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11023 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11024 calendar was adopted around the year we call 8 AD@.  Some centuries
11025 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11026 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11027 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11028 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11029 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11030 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11031 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11032 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11033 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11034 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11035 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11036 To take another example, Russia waited until 1918 before
11037 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11038 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11039 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11040 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11042 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11043 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11044 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11045 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11046 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11048 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11049 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11050 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11051 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11053 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11054 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11055 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11057 @cindex Julian day counting
11058 Another day counting system in common use is, confusingly, also called
11059 ``Julian.''  The Julian day number is the numbers of days since
11060 12:00 noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC, which in Calc's scheme (in GMT)
11061 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11062 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by unpacking a
11063 date form into a Julian day number, simply add 1721423.5 after
11064 compensating for the time zone difference.  The built-in @kbd{t J}
11065 command performs this conversion for you.
11067 The Julian day number is based on the Julian cycle, which was invented
11068 in 1583 by Joseph Justus Scaliger.  Scaliger named it the Julian cycle
11069 since it involves the Julian calendar, but some have suggested that
11070 Scaliger named it in honor of his father, Julius Caesar Scaliger.  The
11071 Julian cycle is based on three other cycles: the indiction cycle, the
11072 Metonic cycle, and the solar cycle.  The indiction cycle is a 15 year
11073 cycle originally used by the Romans for tax purposes but later used to
11074 date medieval documents.  The Metonic cycle is a 19 year cycle; 19
11075 years is close to being a common multiple of a solar year and a lunar
11076 month, and so every 19 years the phases of the moon will occur on the
11077 same days of the year.  The solar cycle is a 28 year cycle; the Julian
11078 calendar repeats itself every 28 years.  The smallest time period
11079 which contains multiples of all three cycles is the least common
11080 multiple of 15 years, 19 years and 28 years, which (since they're
11081 pairwise relatively prime) is
11082 @texline @math{15\times 19\times 28 = 7980} years.
11083 @infoline 15*19*28 = 7980 years.
11084 This is the length of a Julian cycle.  Working backwards, the previous
11085 year in which all three cycles began was 4713 BC, and so Scaliger
11086 chose that year as the beginning of a Julian cycle.  Since at the time
11087 there were no historical records from before 4713 BC, using this year
11088 as a starting point had the advantage of avoiding negative year
11089 numbers.  In 1849, the astronomer John Herschel (son of William
11090 Herschel) suggested using the number of days since the beginning of
11091 the Julian cycle as an astronomical dating system; this idea was taken
11092 up by other astronomers.  (At the time, noon was the start of the
11093 astronomical day.  Herschel originally suggested counting the days
11094 since Jan 1, 4713 BC at noon Alexandria time; this was later amended to
11095 noon GMT.)  Julian day numbering is largely used in astronomy.
11097 @cindex Unix time format
11098 The Unix operating system measures time as an integer number of
11099 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11100 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11101 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11102 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11103 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11104 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11105 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11106 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11107 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11108 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11109 for California time.  The same is usually true of Julian day
11110 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11111 conversions.
11113 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11114 @section Modulo Forms
11116 @noindent
11117 @cindex Modulo forms
11118 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11119 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11120 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11121 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11122 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11123 @texline @math{0 \le a < M}.
11124 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11125 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11126 integers but this is not required.
11128 @ignore
11129 @mindex M
11130 @end ignore
11131 @kindex M (modulo forms)
11132 @ignore
11133 @mindex mod
11134 @end ignore
11135 @tindex mod (operator)
11136 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11137 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11138 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11139 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11140 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11141 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11143 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11144 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11145 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11146 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11147 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11148 the result always lies in the desired range.
11150 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11151 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11152 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11153 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11154 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11155 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11156 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11157 actually computing the power and then reducing.)
11159 @cindex Modulo division
11160 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11161 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11162 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11163 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11164 there is no solution to this equation (which can happen only when
11165 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11166 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11167 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11168 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11169 in the sense of reducing
11170 @texline @math{\sqrt a}
11171 @infoline @expr{sqrt(a)}
11172 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11173 number-theoretical point of view.)
11175 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11176 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11177 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11178 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11179 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11180 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11181 24 radians!
11183 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11184 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11185 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11187 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11188 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11190 @ignore
11191 @starindex
11192 @end ignore
11193 @tindex makemod
11194 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11195 @w{@samp{a mod m}}.
11197 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11198 @section Error Forms
11200 @noindent
11201 @cindex Error forms
11202 @cindex Standard deviations
11203 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11204 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11205 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}'
11206 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma'
11207 stands for an uncertain value which follows
11208 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11209 deviation or ``error''
11210 @texline @math{\sigma}.
11211 @infoline @expr{sigma}.
11212 Both the mean and the error can be either numbers or
11213 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11214 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11215 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11216 regular number by the Calculator.
11218 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11219 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11220 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as
11221 @texline @math{\sin x}
11222 @infoline @expr{sin(x)})
11223 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11224 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11225 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11226 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11227 @tex
11228 $$ \eqalign{
11229   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11230     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11231   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11232     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11233         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11234                              \right| \right)^2
11235              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11236                              \right| \right)^2 } \cr
11237 } $$
11238 @end tex
11239 Note that this
11240 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11241 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11242 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11243 of two independent values which happen to have the same probability
11244 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11245 The former will produce an answer with less error, since on the average
11246 the two independent errors can be expected to cancel out.
11248 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11249 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11250 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11251 are small.  As an example, the error arising from
11252 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}'
11253 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}'
11255 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.
11256 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.
11257 When @expr{x} is close to zero,
11258 @texline @math{\cos x}
11259 @infoline @expr{cos(x)}
11260 is close to one so the error in the sine is close to
11261 @texline @math{\sigma};
11262 @infoline @expr{sigma};
11263 this makes sense, since
11264 @texline @math{\sin x}
11265 @infoline @expr{sin(x)}
11266 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11267 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11268 @texline @math{\cos x}
11269 @infoline @expr{cos(x)}
11270 is nearly zero and so the computed error is
11271 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11272 has relatively little effect on the value of
11273 @texline @math{\sin x}.
11274 @infoline @expr{sin(x)}.
11275 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11276 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11277 we have violated the small-error approximation underlying the error
11278 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11279 @texline @math{\sin x}
11280 @infoline @expr{sin(x)}
11281 would indeed have been negligible.
11283 @ignore
11284 @mindex p
11285 @end ignore
11286 @kindex p (error forms)
11287 @tindex +/-
11288 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11289 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11290 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11291 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11292 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11294 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11295 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11296 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11297 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11298 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11299 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11300 considers an error form with real components to represent a real number,
11301 not a complex distribution around a real mean.
11303 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11304 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11306 @ignore
11307 @starindex
11308 @end ignore
11309 @tindex sdev
11310 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11312 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11313 @section Interval Forms
11315 @noindent
11316 @cindex Interval forms
11317 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11318 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11319 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11320 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11321 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11322 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11323 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11324 of the possible range of values a computation will produce, given the
11325 set of possible values of the input.
11327 @ifnottex
11328 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11329 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11330 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11331 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11332 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11333 terms,
11334 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11335 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11336 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11337 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11338 @end ifnottex
11339 @tex
11340 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11341 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11342 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11343 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11344 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11345 terms,
11346 $$ \eqalign{
11347    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11348    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11349    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11350    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11351 } $$
11352 @end tex
11354 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11355 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11356 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11357 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11358 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11359 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11360 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11361 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11362 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11363 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11364 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11365 the real infinities.
11367 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11368 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11369 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11370 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11371 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11372 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11373 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11375 Infinite mode also affects operations on intervals
11376 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11377 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11378 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11379 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11380 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11381 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11382 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11383 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11385 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11386 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11387 form
11388 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}'
11389 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}'
11390 means a variable is random, and its value could
11391 be anything but is ``probably'' within one
11392 @texline @math{\sigma}
11393 @infoline @var{sigma}
11394 of the mean value @expr{x}. An interval
11395 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11396 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11397 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11398 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11399 answer.
11401 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11402 HMS forms or date forms.
11404 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11405 as subsets of the set of real numbers.
11407 @ignore
11408 @starindex
11409 @end ignore
11410 @tindex intv
11411 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11412 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11413 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11414 3 for @samp{[..]}.
11416 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11417 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11418 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11419 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11420 which means that roundoff errors could creep into an interval
11421 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11422 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11423 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11424 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11425 error.
11427 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11428 @section Incomplete Objects
11430 @noindent
11431 @ignore
11432 @mindex [ ]
11433 @end ignore
11434 @kindex [
11435 @ignore
11436 @mindex ( )
11437 @end ignore
11438 @kindex (
11439 @kindex ,
11440 @ignore
11441 @mindex @null
11442 @end ignore
11443 @kindex ]
11444 @ignore
11445 @mindex @null
11446 @end ignore
11447 @kindex )
11448 @cindex Incomplete vectors
11449 @cindex Incomplete complex numbers
11450 @cindex Incomplete interval forms
11451 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11452 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11453 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11454 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11455 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11456 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11458 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11459 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11460 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11462 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11463 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11464 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11465 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11467 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11468 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11469 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11470 from the list.
11472 @kindex ;
11473 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11474 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11475 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11476 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11478 @kindex ..
11479 @pindex calc-dots
11480 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11481 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11482 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11483 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11484 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11485 the @code{calc-dots} command.
11487 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11488 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11490 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11491 @section Variables
11493 @noindent
11494 @cindex Variables, in formulas
11495 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11496 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11497 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11498 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11499 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11500 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11501 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11502 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11503 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11504 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11505 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11506 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11507 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11508 refer to the same variable.)
11510 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11511 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11512 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11513 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11514 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11515 @code{foo}.
11517 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11518 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11519 (@key{'}) key.
11521 @kindex =
11522 @pindex calc-evaluate
11523 @cindex Evaluation of variables in a formula
11524 @cindex Variables, evaluation
11525 @cindex Formulas, evaluation
11526 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11527 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11528 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11529 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11530 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11531 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11532 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11533 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11534 the @var{n}th stack entry.
11536 @cindex @code{e} variable
11537 @cindex @code{pi} variable
11538 @cindex @code{i} variable
11539 @cindex @code{phi} variable
11540 @cindex @code{gamma} variable
11541 @vindex e
11542 @vindex pi
11543 @vindex i
11544 @vindex phi
11545 @vindex gamma
11546 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11547 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11548 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11549 their values are calculated if necessary according to the current precision
11550 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11551 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11553 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11554 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11555 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11556 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11557 a value into any of these special variables.
11559 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11561 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11562 @section Formulas
11564 @noindent
11565 @cindex Formulas
11566 @cindex Expressions
11567 @cindex Operators in formulas
11568 @cindex Precedence of operators
11569 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11570 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11571 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11572 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11573 Parentheses may
11574 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11575 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11576 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11577 with their equivalent function names, are:
11579 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11581 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11583 prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11585 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11586 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11588 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11589 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11591 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11593 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x});
11595 @samp{*} [@code{mul}];
11597 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11598 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11600 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11602 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11604 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11605 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11607 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11609 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11611 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11613 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11615 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11617 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11619 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11621 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11623 @samp{=>} [@code{evalto}].
11625 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11626 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to
11627 @texline @math{a b \over c d}.
11628 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11630 @cindex Multiplication, implicit
11631 @cindex Implicit multiplication
11632 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11633 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11634 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11635 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11636 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11637 as in @samp{f(x)},
11638 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11639 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11640 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11641 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11642 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11644 @cindex Implicit comma in vectors
11645 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11646 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11647 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11648 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11649 to @samp{2*a*b + c*d}.
11650 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11651 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11652 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11653 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11654 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11656 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11657 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11658 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11659 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11660 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11661 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11662 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11663 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11664 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11665 @w{@samp{[(a b)]}}.
11667 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11668 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11669 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11670 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11672 @cindex Function call notation
11673 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11674 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11675 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11676 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11677 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11678 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11679 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11680 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11681 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11682 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11683 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11685 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11686 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11687 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11688 represent the same operation.
11690 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11691 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11692 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11693 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11694 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11695 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11696 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11698 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11699 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11700 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11701 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11703 @example
11704 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11705   c + d,
11706   %% last line is coming up:
11707   e + f ]
11708 @end example
11710 @noindent
11711 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11713 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11714 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11715 formats.
11717 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11719 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11720 @chapter Stack and Trail Commands
11722 @noindent
11723 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11724 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11725 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11727 @menu
11728 * Stack Manipulation::
11729 * Editing Stack Entries::
11730 * Trail Commands::
11731 * Keep Arguments::
11732 @end menu
11734 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11735 @section Stack Manipulation Commands
11737 @noindent
11738 @kindex @key{RET}
11739 @kindex @key{SPC}
11740 @pindex calc-enter
11741 @cindex Duplicating stack entries
11742 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11743 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11744 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11745 several elements at the top of the stack.
11746 Given a negative argument,
11747 these commands duplicate the specified element of the stack.
11748 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11749 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11750 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11751 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11752 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11753 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11755 @kindex @key{LFD}
11756 @pindex calc-over
11757 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11758 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11759 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11760 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11761 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11762 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11763 @samp{10 20 30 20}.
11765 @kindex @key{DEL}
11766 @kindex C-d
11767 @pindex calc-pop
11768 @cindex Removing stack entries
11769 @cindex Deleting stack entries
11770 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11771 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11772 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11773 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11774 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11775 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11776 stack is emptied.
11777 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11778 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11779 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11780 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11781 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11783 @kindex M-@key{DEL}
11784 @pindex calc-pop-above
11785 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11786 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11787 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11788 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11789 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11790 the third stack element.
11792 @kindex @key{TAB}
11793 @pindex calc-roll-down
11794 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11795 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11796 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11797 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11798 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11799 top-for-bottom.
11800 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11801 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11802 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11803 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11804 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11806 @kindex M-@key{TAB}
11807 @pindex calc-roll-up
11808 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11809 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11810 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11811 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11812 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11813 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11814 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11815 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11817 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11818 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11819 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11820 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11821 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11822 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11823 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11825 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11826 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11827 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11828 rotates the deepest stack element to be in level @var{n}, also
11829 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11831 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11832 any portion of a vector or formula on the stack.
11834 @kindex C-xC-t
11835 @pindex calc-transpose-lines
11836 @cindex Moving stack entries
11837 The command @kbd{C-x C-t} (@code{calc-transpose-lines}) will transpose
11838 the stack object determined by the point with the stack object at the
11839 next higher level. For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the
11840 stack and the point on the line containing @samp{30}, @kbd{C-x C-t}
11841 creates @samp{10 20 40 30 50}.  More generally, @kbd{C-x C-t} acts on
11842 the stack objects determined by the current point (and mark) similar
11843 to how the text-mode command @code{transpose-lines} acts on
11844 lines.  With argument @var{n}, @kbd{C-x C-t} will move the stack object
11845 at the level above the current point and move it past N other objects;
11846 for example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack and the point on
11847 the line containing @samp{30}, @kbd{C-u 2 C-x C-t} creates
11848 @samp{10 40 20 30 50}. With an argument of 0, @kbd{C-x C-t} will switch
11849 the stack objects at the levels determined by the point and the mark.
11851 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11852 @section Editing Stack Entries
11854 @noindent
11855 @kindex `
11856 @pindex calc-edit
11857 @pindex calc-edit-finish
11858 @cindex Editing the stack with Emacs
11859 The @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary buffer
11860 (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using regular
11861 Emacs commands.  Note that @kbd{`} is a backquote, not a quote. With a
11862 numeric prefix argument, it edits the specified number of stack entries
11863 at once.  (An argument of zero edits the entire stack; a negative
11864 argument edits one specific stack entry.)
11866 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11867 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11868 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11869 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11870 might want to insert new lines into the editing buffer.
11872 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11873 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11874 original stack elements in the original buffer with these new values,
11875 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11876 continues to exist during editing, but for best results you should be
11877 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11878 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11880 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11881 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11882 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11883 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11885 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11886 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11887 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11888 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11889 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11890 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11891 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11892 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11893 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11895 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11896 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11897 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11898 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11899 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11901 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11902 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11903 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11905 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11906 @section Trail Commands
11908 @noindent
11909 @cindex Trail buffer
11910 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11911 beginning with the @kbd{t} prefix.
11913 @kindex t d
11914 @pindex calc-trail-display
11915 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11916 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11917 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11918 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11919 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11920 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11921 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11922 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11923 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11925 @kindex t i
11926 @pindex calc-trail-in
11927 @kindex t o
11928 @pindex calc-trail-out
11929 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11930 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11931 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11932 shown below are a more convenient way to move around in the
11933 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11934 in the Calculator window.
11936 @cindex Trail pointer
11937 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11938 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11939 before the selected number.  The following commands operate on the
11940 trail pointer in various ways.
11942 @kindex t y
11943 @pindex calc-trail-yank
11944 @cindex Retrieving previous results
11945 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11946 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11947 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11948 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11949 trail pointer.
11951 @kindex t <
11952 @pindex calc-trail-scroll-left
11953 @kindex t >
11954 @pindex calc-trail-scroll-right
11955 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11956 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11957 window left or right by one half of its width.
11959 @kindex t n
11960 @pindex calc-trail-next
11961 @kindex t p
11962 @pindex calc-trail-previous
11963 @kindex t f
11964 @pindex calc-trail-forward
11965 @kindex t b
11966 @pindex calc-trail-backward
11967 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
11968 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
11969 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
11970 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
11971 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
11972 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
11974 @kindex t [
11975 @pindex calc-trail-first
11976 @kindex t ]
11977 @pindex calc-trail-last
11978 @kindex t h
11979 @pindex calc-trail-here
11980 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
11981 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
11982 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
11983 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
11984 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
11986 @kindex t s
11987 @pindex calc-trail-isearch-forward
11988 @kindex t r
11989 @pindex calc-trail-isearch-backward
11990 @ifnottex
11991 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11992 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
11993 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11994 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11995 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11996 it was when the search began.
11997 @end ifnottex
11998 @tex
11999 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12000 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12001 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12002 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12003 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12004 it was when the search began.
12005 @end tex
12007 @kindex t m
12008 @pindex calc-trail-marker
12009 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12010 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12011 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12012 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12013 targets for later incremental searches in the trail.
12015 @kindex t k
12016 @pindex calc-trail-kill
12017 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12018 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12019 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12020 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12021 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12023 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12024 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12026 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
12027 @section Keep Arguments
12029 @noindent
12030 @kindex K
12031 @pindex calc-keep-args
12032 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12033 the following command.  It prevents that command from removing its
12034 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12035 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12036 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12038 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12039 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12040 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12041 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)
12042 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12043 simplified version of the formula onto the stack after the original
12044 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12045 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12046 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12047 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12048 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12049 extra work.
12051 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12052 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12053 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12055 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12056 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12057 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12058 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12059 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12060 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12062 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12063 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12064 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12065 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12066 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12067 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12069 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12070 @chapter Mode Settings
12072 @noindent
12073 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12074 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12075 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12077 @menu
12078 * General Mode Commands::
12079 * Precision::
12080 * Inverse and Hyperbolic::
12081 * Calculation Modes::
12082 * Simplification Modes::
12083 * Declarations::
12084 * Display Modes::
12085 * Language Modes::
12086 * Modes Variable::
12087 * Calc Mode Line::
12088 @end menu
12090 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12091 @section General Mode Commands
12093 @noindent
12094 @kindex m m
12095 @pindex calc-save-modes
12096 @cindex Continuous memory
12097 @cindex Saving mode settings
12098 @cindex Permanent mode settings
12099 @cindex Calc init file, mode settings
12100 You can save all of the current mode settings in your Calc init file
12101 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12102 @file{~/.emacs.d/calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})
12103 command.  This will cause Emacs to reestablish these modes each time
12104 it starts up.  The modes saved in the file include everything
12105 controlled by the @kbd{m} and @kbd{d} prefix keys, the current
12106 precision and binary word size, whether or not the trail is displayed,
12107 the current height of the Calc window, and more.  The current
12108 interface (used when you type @kbd{C-x * *}) is also saved.  If there
12109 were already saved mode settings in the file, they are replaced.
12110 Otherwise, the new mode information is appended to the end of the
12111 file.
12113 @kindex m R
12114 @pindex calc-mode-record-mode
12115 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12116 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12117 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12118 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12119 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12120 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12121 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12122 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12124 @kindex m F
12125 @pindex calc-settings-file-name
12126 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12127 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12128 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12129 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12130 their default values, then settings from the file you named are loaded
12131 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12132 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12133 file name is @file{~/.emacs.d/calc.el}.  You can see the current file name by
12134 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12135 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12137 If the file name you give is your user init file (typically
12138 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12139 is because your user init file may contain other things you don't want
12140 to reread.  You can give
12141 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12142 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12143 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12144 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12145 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12146 modes present in the file you were using before.
12148 @kindex m x
12149 @pindex calc-always-load-extensions
12150 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12151 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12152 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12153 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12154 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12155 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12156 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12158 @kindex m S
12159 @pindex calc-shift-prefix
12160 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12161 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12162 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12163 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12164 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12165 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12166 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12167 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12168 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12169 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12170 shifted-prefix mode.
12172 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12173 @section Precision
12175 @noindent
12176 @kindex p
12177 @pindex calc-precision
12178 @cindex Precision of calculations
12179 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12180 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12181 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12182 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12183 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12185 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12186 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12188 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12189 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12190 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12191 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12192 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12193 round values already on the stack, but those values will be rounded
12194 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12195 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12196 existing value to a new precision.
12198 @cindex Accuracy of calculations
12199 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12200 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12201 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12202 The precision is the total number of digits not counting leading
12203 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12204 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12205 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12206 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12207 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12208 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12209 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12210 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12212 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12213 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12214 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12215 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12216 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12217 of the numbers involved.
12219 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12220 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12221 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12222 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12223 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12224 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12226 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12227 issues.
12229 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12230 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12232 @noindent
12233 @kindex I
12234 @pindex calc-inverse
12235 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12236 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12237 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12238 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12239 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12241 @kindex H
12242 @pindex calc-hyperbolic
12243 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12244 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12245 If both of these flags are set at once, the effect will be
12246 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12247 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12248 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12250 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12251 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12252 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12253 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12255 @kindex O
12256 @pindex calc-option
12257 The @kbd{O} key (@code{calc-option}) sets another flag, the
12258 @dfn{Option Flag}, which also can alter the subsequent Calc command in
12259 various ways.
12261 The Inverse, Hyperbolic and Option flags apply only to the next
12262 Calculator command, after which they are automatically cleared.  (They
12263 are also cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits
12264 you type after @kbd{I}, @kbd{H} or @kbd{O} (or @kbd{K}) are treated as
12265 prefix arguments for the next command, not as numeric entries.  The
12266 same is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means
12267 to subtract and keep arguments).
12269 Another Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12270 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12272 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12273 @section Calculation Modes
12275 @noindent
12276 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12277 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12278 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12279 (@pxref{Algebraic Entry}).
12281 @menu
12282 * Angular Modes::
12283 * Polar Mode::
12284 * Fraction Mode::
12285 * Infinite Mode::
12286 * Symbolic Mode::
12287 * Matrix Mode::
12288 * Automatic Recomputation::
12289 * Working Message::
12290 @end menu
12292 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12293 @subsection Angular Modes
12295 @noindent
12296 @cindex Angular mode
12297 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12298 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12299 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12300 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12301 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12302 degrees-minutes-seconds.
12304 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12305 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12306 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12307 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12308 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12309 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12310 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12312 @kindex m r
12313 @pindex calc-radians-mode
12314 @kindex m d
12315 @pindex calc-degrees-mode
12316 @kindex m h
12317 @pindex calc-hms-mode
12318 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12319 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12320 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12321 The default angular mode is Degrees.
12323 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12324 @subsection Polar Mode
12326 @noindent
12327 @cindex Polar mode
12328 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12329 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12330 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12331 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12332 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12334 @kindex m p
12335 @pindex calc-polar-mode
12336 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12337 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12338 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12340 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12341 @subsection Fraction Mode
12343 @noindent
12344 @cindex Fraction mode
12345 @cindex Division of integers
12346 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12347 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12348 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12349 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12350 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12351 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though
12352 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12354 @kindex m f
12355 @pindex calc-frac-mode
12356 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12357 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12358 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12359 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12360 Float mode.
12362 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12363 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12364 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12366 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12367 @subsection Infinite Mode
12369 @noindent
12370 @cindex Infinite mode
12371 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12372 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12373 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12374 results.
12376 @kindex m i
12377 @pindex calc-infinite-mode
12378 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12379 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12380 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12381 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12382 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12383 will not be generated when Infinite mode is off.)
12385 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12386 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12387 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12388 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12389 functions can also return infinities in this mode; for example,
12390 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12391 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12392 this calculation has infinity as an input.
12394 @cindex Positive Infinite mode
12395 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12396 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12397 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12398 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12399 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12400 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12401 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12402 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12403 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12404 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12406 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12407 @subsection Symbolic Mode
12409 @noindent
12410 @cindex Symbolic mode
12411 @cindex Inexact results
12412 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12413 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12414 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12415 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12416 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12418 @kindex m s
12419 @pindex calc-symbolic-mode
12420 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12421 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12422 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12423 @samp{sqrt(2)}.
12425 @kindex N
12426 @pindex calc-eval-num
12427 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12428 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12429 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12430 Given a numeric prefix argument, it also
12431 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12432 of the command.
12434 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12435 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12436 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12437 variables.)
12439 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12440 @subsection Matrix and Scalar Modes
12442 @noindent
12443 @cindex Matrix mode
12444 @cindex Scalar mode
12445 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12446 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12447 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12448 modify its behavior around vectors in useful ways.
12450 @kindex m v
12451 @pindex calc-matrix-mode
12452 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12453 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12454 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12455 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12456 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12457 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12458 mode is that calculations that would normally produce constants like
12459 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12460 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12461 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12462 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12463 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12464 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12465 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12466 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12467 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12468 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12469 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12471 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12472 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12473 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12474 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12475 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12476 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12477 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12479 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12481 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12482 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12483 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12484 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12485 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12486 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12487 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12489 @cindex Declaring scalar variables
12490 Of course these modes are approximations to the true state of
12491 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12492 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12493 certain variables or functions to be scalar-valued.
12494 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12496 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12497 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12498 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12499 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12500 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12501 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12502 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12504 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12505 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12506 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12507 of the formula without affecting the rest just select that part,
12508 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12509 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12511 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12512 @subsection Automatic Recomputation
12514 @noindent
12515 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12516 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12517 whenever variable values or mode settings that might affect them
12518 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12520 @kindex m C
12521 @pindex calc-auto-recompute
12522 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12523 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12524 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12525 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12526 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12527 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12528 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12529 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12531 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12532 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12533 @xref{Embedded Mode}.
12535 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12536 @subsection Working Messages
12538 @noindent
12539 @cindex Performance
12540 @cindex Working messages
12541 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12542 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12543 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12544 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12545 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12546 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12547 be disabled if you find them distracting.
12549 @kindex m w
12550 @pindex calc-working
12551 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12552 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12553 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12554 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12555 the current mode.
12557 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12558 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12559 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12560 to turn the messages off.
12562 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12563 @section Simplification Modes
12565 @noindent
12566 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12567 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12568 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12569 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12570 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12571 are done automatically but can be turned off when necessary.
12573 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12574 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12575 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12576 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12578 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12579 followed by a shifted letter.
12581 @kindex m O
12582 @pindex calc-no-simplify-mode
12583 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12584 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12585 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12586 in this mode.  Explicit simplification commands, such as @kbd{=} or
12587 @kbd{a s}, can still be given to simplify any formulas.
12588 @xref{Algebraic Definitions}, for a sample use of
12589 No-Simplification mode.
12592 @kindex m N
12593 @pindex calc-num-simplify-mode
12594 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12595 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12596 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12597 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12598 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12599 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12600 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12601 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12602 error form or modulo form), or a vector all of whose
12603 elements are constant.
12605 @kindex m I
12606 @pindex calc-basic-simplify-mode
12607 The @kbd{m I} (@code{calc-basic-simplify-mode}) command does some basic
12608 simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12609 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12610 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12611 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12613 @kindex m B
12614 @pindex calc-bin-simplify-mode
12615 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the basic
12616 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12617 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12618 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12619 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12620 results (after the basic simplifications) are left alone.
12622 @kindex m A
12623 @pindex calc-alg-simplify-mode
12624 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does standard
12625 algebraic simplifications.  @xref{Algebraic Simplifications}.
12627 @kindex m E
12628 @pindex calc-ext-simplify-mode
12629 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended'', or
12630 ``unsafe'', algebraic simplification.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12632 @kindex m U
12633 @pindex calc-units-simplify-mode
12634 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12635 simplification.  @xref{Simplification of Units}.  These include the
12636 algebraic simplifications, plus variable names which
12637 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12638 are simplified with their unit definitions in mind.
12640 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12641 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12642 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12643 perform higher types of simplifications on demand.
12644 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12645 @section Declarations
12647 @noindent
12648 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12649 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12650 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12651 take the fully general situation into account.
12653 @menu
12654 * Declaration Basics::
12655 * Kinds of Declarations::
12656 * Functions for Declarations::
12657 @end menu
12659 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12660 @subsection Declaration Basics
12662 @noindent
12663 @kindex s d
12664 @pindex calc-declare-variable
12665 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12666 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12667 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12668 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12669 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12670 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12671 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12673 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12674 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12675 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12676 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12677 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12678 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12679 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12680 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12682 @cindex @code{Decls} variable
12683 @vindex Decls
12684 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12685 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12686 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12687 vector of variables declared by that row, and the declaration
12688 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12689 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12690 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12691 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12692 permanently if you wish.
12694 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12695 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12696 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12697 command declares only variables, so if you wish to make a function
12698 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12700 For example, the declaration matrix
12702 @smallexample
12703 @group
12704 [ [ foo,       real       ]
12705   [ [j, k, n], int        ]
12706   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12707 @end group
12708 @end smallexample
12710 @noindent
12711 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12712 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12713 returns a real number in the interval shown.
12715 @vindex All
12716 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12717 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12718 It does not apply to function names.  For example, using the row
12719 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12720 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12721 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12722 response to the variable-name prompt.
12724 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12725 @subsection Kinds of Declarations
12727 @noindent
12728 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12729 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12730 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12731 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12732 for the variable.
12734 @smallexample
12735 @group
12736 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12737   [ b, [1 .. 5]        ]
12738   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12739 @end group
12740 @end smallexample
12742 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12743 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12744 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12745 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12746 nearly equivalent (see below).
12748 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12749 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12750 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12751 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12753 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12754 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12755 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12756 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12757 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12758 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12760 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12761 stored in a variable:
12763 @table @code
12764 @item int
12765 Integers.
12766 @item numint
12767 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12768 @item frac
12769 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12770 @item rat
12771 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12772 @item float
12773 Floating-point numbers.
12774 @item real
12775 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12776 intervals and error forms with real components also count as
12777 reals here.)
12778 @item pos
12779 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12780 @item nonneg
12781 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12782 @item number
12783 Numbers.  (Real or complex.)
12784 @end table
12786 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12787 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12788 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12789 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12790 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12791 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12792 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12793 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12794 of the formula.
12796 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12797 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12798 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12799 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12800 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12801 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12803 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12804 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12805 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12806 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12807 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12809 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12810 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12811 Calc leaves this formula alone.  After the command
12812 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12813 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12814 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12816 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12817 they comprise the set of possible values that the variable or
12818 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12819 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12820 (note that infinity is included in the range of possible values);
12821 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12822 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12823 redundant because the fact that the variable is real can be
12824 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12825 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12827 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12828 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12830 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12831 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12832 In other words, the range of possible values means only that
12833 the variable's value must be numerically equal to a number in
12834 that range, but not that it must be equal in type as well.
12835 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12836 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12838 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12839 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12840 where the interval does not lie in the range described by the
12841 type symbol.
12843 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12844 like the one described above.  Another case where they are used
12845 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12846 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12847 roots (if any) will be included in the list.
12849 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12850 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12851 shown above).
12853 Calc's algebraic simplifications also make use of declarations when
12854 simplifying equations and inequalities.  They will cancel @code{x}
12855 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12856 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12857 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12858 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12859 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12860 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12861 including canceling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12862 not known to be nonzero.
12864 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12866 @table @code
12867 @item scalar
12868 The value is not a vector.
12869 @item vector
12870 The value is a vector.
12871 @item matrix
12872 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12873 @item sqmatrix
12874 The value is a square matrix.
12875 @end table
12877 These type symbols can be combined with the other type symbols
12878 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12879 is a matrix of integers.
12881 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12882 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12883 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12884 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12885 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12886 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12887 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12888 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12889 declarations.)
12891 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12892 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12893 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12895 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12896 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12898 @table @code
12899 @item const
12900 The value is a constant with respect to other variables.
12901 @end table
12903 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12904 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12905 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12906 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12907 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12908 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12909 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12910 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12911 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12912 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12914 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12915 @subsection Functions for Declarations
12917 @noindent
12918 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12919 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12920 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12921 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12922 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12923 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12924 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12925 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12926 that perform other tests not related to declarations.
12928 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12929 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12930 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12931 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12932 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12934 @ignore
12935 @starindex
12936 @end ignore
12937 @tindex dint
12938 @ignore
12939 @starindex
12940 @end ignore
12941 @tindex dnumint
12942 @ignore
12943 @starindex
12944 @end ignore
12945 @tindex dnatnum
12946 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12947 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12948 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12949 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12950 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12951 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12952 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12953 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12955 @ignore
12956 @starindex
12957 @end ignore
12958 @tindex drat
12959 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12960 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12961 and error forms do not.
12963 @ignore
12964 @starindex
12965 @end ignore
12966 @tindex dreal
12967 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
12968 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
12970 @ignore
12971 @starindex
12972 @end ignore
12973 @tindex dimag
12974 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
12975 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
12977 @ignore
12978 @starindex
12979 @end ignore
12980 @tindex dpos
12981 @ignore
12982 @starindex
12983 @end ignore
12984 @tindex dneg
12985 @ignore
12986 @starindex
12987 @end ignore
12988 @tindex dnonneg
12989 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
12990 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
12991 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
12992 equal to zero.  Note that Calc's algebraic simplifications, which are
12993 effectively applied to all conditions in rewrite rules, can simplify
12994 an expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}.
12995 So the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
12996 are rarely necessary.
12998 @ignore
12999 @starindex
13000 @end ignore
13001 @tindex dnonzero
13002 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13003 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13004 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13005 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13006 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13007 represent values which could be anything including zero.  (This is
13008 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13010 @ignore
13011 @starindex
13012 @end ignore
13013 @tindex deven
13014 @ignore
13015 @starindex
13016 @end ignore
13017 @tindex dodd
13018 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13019 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13020 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13021 Calc's algebraic simplifications use this to simplify a test of the form
13022 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13024 @ignore
13025 @starindex
13026 @end ignore
13027 @tindex drange
13028 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13029 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13030 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13031 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13032 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13033 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13034 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13035 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13036 remains unevaluated.
13038 @ignore
13039 @starindex
13040 @end ignore
13041 @tindex dscalar
13042 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13043 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13044 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13045 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13046 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13047 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13048 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13049 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13050 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13051 information to tell.
13053 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13054 @section Display Modes
13056 @noindent
13057 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13058 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13059 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13060 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13061 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13062 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13064 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13065 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13066 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13067 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13068 reflect the latest mode settings.
13070 @kindex d @key{RET}
13071 @pindex calc-refresh-top
13072 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13073 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13074 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13075 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13076 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13077 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13078 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13080 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13081 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13082 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13083 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13085 @menu
13086 * Radix Modes::
13087 * Grouping Digits::
13088 * Float Formats::
13089 * Complex Formats::
13090 * Fraction Formats::
13091 * HMS Formats::
13092 * Date Formats::
13093 * Truncating the Stack::
13094 * Justification::
13095 * Labels::
13096 @end menu
13098 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13099 @subsection Radix Modes
13101 @noindent
13102 @cindex Radix display
13103 @cindex Non-decimal numbers
13104 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13105 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13106 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13107 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13108 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13109 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13111 @kindex d 2
13112 @kindex d 8
13113 @kindex d 6
13114 @kindex d 0
13115 @cindex Hexadecimal integers
13116 @cindex Octal integers
13117 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13118 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13119 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13120 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13121 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13122 as decimal.
13124 @kindex d r
13125 @pindex calc-radix
13126 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13127 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13128 argument; otherwise you will be prompted for it.
13130 @kindex d z
13131 @pindex calc-leading-zeros
13132 @cindex Leading zeros
13133 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13134 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13135 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13136 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13137 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13138 are displayed with at least enough digits to represent
13139 @texline @math{2^w-1}
13140 @infoline @expr{(2^w)-1}
13141 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13142 entirety.)
13144 @cindex Two's complements
13145 Calc can display @expr{w}-bit integers using two's complement
13146 notation, although this is most useful with the binary, octal and
13147 hexadecimal display modes.  This option is selected by using the
13148 @kbd{O} option prefix before setting the display radix, and a negative word
13149 size might be appropriate (@pxref{Binary Functions}). In two's
13150 complement notation, the integers in the (nearly) symmetric interval
13151 from
13152 @texline @math{-2^{w-1}}
13153 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13155 @texline @math{2^{w-1}-1}
13156 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13157 are represented by the integers from @expr{0} to @expr{2^w-1}:
13158 the integers from @expr{0} to
13159 @texline @math{2^{w-1}-1}
13160 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13161 are represented by themselves and the integers from
13162 @texline @math{-2^{w-1}}
13163 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13164 to @expr{-1} are represented by the integers from
13165 @texline @math{2^{w-1}}
13166 @infoline @expr{2^(w-1)}
13167 to @expr{2^w-1} (the integer @expr{k} is represented by @expr{k+2^w}).
13168 Calc will display a two's complement integer by the radix (either
13169 @expr{2}, @expr{8} or @expr{16}), two @kbd{#} symbols, and then its
13170 representation (including any leading zeros necessary to include all
13171 @expr{w} bits).  In a two's complement display mode, numbers that
13172 are not displayed in two's complement notation (i.e., that aren't
13173 integers from
13174 @texline @math{-2^{w-1}}
13175 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13177 @c (
13178 @texline @math{2^{w-1}-1})
13179 @infoline @expr{2^(w-1)-1})
13180 will be represented using Calc's usual notation (in the appropriate
13181 radix).
13183 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13184 @subsection Grouping Digits
13186 @noindent
13187 @kindex d g
13188 @pindex calc-group-digits
13189 @cindex Grouping digits
13190 @cindex Digit grouping
13191 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13192 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13193 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13194 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13195 separated by commas.
13197 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13198 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13199 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13200 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13201 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13202 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13203 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13205 @kindex d ,
13206 @pindex calc-group-char
13207 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13208 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13209 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13210 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13211 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13212 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13213 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13215 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13216 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13217 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13218 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13219 is ignored by @TeX{} language mode.
13221 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13222 @subsection Float Formats
13224 @noindent
13225 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13226 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13227 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13228 in this section allow you to choose among several alternative display
13229 formats for floats.
13231 @kindex d n
13232 @pindex calc-normal-notation
13233 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13234 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13235 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13236 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13237 the specified number of significant digits less than the current
13238 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13239 current precision is 12.)
13241 @kindex d f
13242 @pindex calc-fix-notation
13243 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13244 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13245 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13246 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13247 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13248 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13249 to zero rather than switching to scientific notation.
13251 @kindex d s
13252 @pindex calc-sci-notation
13253 @cindex Scientific notation, display of
13254 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13255 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13256 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13257 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13258 The default is to display all significant digits.
13260 @kindex d e
13261 @pindex calc-eng-notation
13262 @cindex Engineering notation, display of
13263 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13264 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13265 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13266 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13267 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13269 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13270 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13271 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13272 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13273 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13274 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13275 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13276 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13277 actual displayed text in the Calculator buffer.
13279 @kindex d .
13280 @pindex calc-point-char
13281 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13282 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13283 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13284 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13285 numbers, and commas to separate elements in a list.
13287 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13288 @subsection Complex Formats
13290 @noindent
13291 @kindex d c
13292 @pindex calc-complex-notation
13293 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13294 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13295 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13296 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13298 @kindex d i
13299 @pindex calc-i-notation
13300 @kindex d j
13301 @pindex calc-j-notation
13302 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13303 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13304 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13305 in some disciplines.
13307 @cindex @code{i} variable
13308 @vindex i
13309 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13310 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13311 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13312 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13313 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13314 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13315 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13316 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13318 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13319 @subsection Fraction Formats
13321 @noindent
13322 @kindex d o
13323 @pindex calc-over-notation
13324 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13325 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13326 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13327 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13328 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13329 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13330 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13331 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13333 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13334 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13335 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13336 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13337 and @kbd{8:3} are equivalent).
13339 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13340 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13341 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13342 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13343 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13344 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13345 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13346 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13347 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13348 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13349 integers as @expr{n:1}.
13351 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13352 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13353 never affects floats.
13355 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13356 @subsection HMS Formats
13358 @noindent
13359 @kindex d h
13360 @pindex calc-hms-notation
13361 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13362 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13363 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13364 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13365 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13366 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13367 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13369 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13370 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13371 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13372 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13373 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13374 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13375 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13376 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13377 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13378 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13379 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13380 entry.
13382 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13383 @subsection Date Formats
13385 @noindent
13386 @kindex d d
13387 @pindex calc-date-notation
13388 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13389 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13390 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13391 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13392 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13393 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13394 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13395 pure dates.
13397 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13398 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13399 If you enter a blank format string, this default format is
13400 reestablished.
13402 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13403 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13404 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13406 @menu
13407 * Date Formatting Codes::
13408 * Free-Form Dates::
13409 * Standard Date Formats::
13410 @end menu
13412 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13413 @subsubsection Date Formatting Codes
13415 @noindent
13416 When displaying a date, the current date format is used.  All
13417 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13418 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13419 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13420 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13421 below.
13423 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13424 match the input string to the current format either with or without
13425 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13426 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13427 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13428 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13429 since Jan 1, 1 AD@.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13430 flexible algorithm which is described in the next section.
13432 Weekday names are ignored during reading.
13434 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13435 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13436 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13437 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13438 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13440 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13442 @table @asis
13443 @item Y
13444 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13445 @item YY
13446 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13447 @item BY
13448 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13449 @item YYY
13450 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13451 @item YYYY
13452 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13453 @item aa
13454 Year:  ``ad'' or blank.
13455 @item AA
13456 Year:  ``AD'' or blank.
13457 @item aaa
13458 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13459 @item AAA
13460 Year:  ``AD '' or blank.
13461 @item aaaa
13462 Year:  ``a.d.@:'' or blank.
13463 @item AAAA
13464 Year:  ``A.D.'' or blank.
13465 @item bb
13466 Year:  ``bc'' or blank.
13467 @item BB
13468 Year:  ``BC'' or blank.
13469 @item bbb
13470 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13471 @item BBB
13472 Year:  `` BC'' or blank.
13473 @item bbbb
13474 Year:  ``b.c.@:'' or blank.
13475 @item BBBB
13476 Year:  ``B.C.'' or blank.
13477 @item M
13478 Month:  ``8'' for August.
13479 @item MM
13480 Month:  ``08'' for August.
13481 @item BM
13482 Month:  `` 8'' for August.
13483 @item MMM
13484 Month:  ``AUG'' for August.
13485 @item Mmm
13486 Month:  ``Aug'' for August.
13487 @item mmm
13488 Month:  ``aug'' for August.
13489 @item MMMM
13490 Month:  ``AUGUST'' for August.
13491 @item Mmmm
13492 Month:  ``August'' for August.
13493 @item D
13494 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13495 @item DD
13496 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13497 @item BD
13498 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13499 @item W
13500 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13501 @item WWW
13502 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13503 @item Www
13504 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13505 @item www
13506 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13507 @item WWWW
13508 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13509 @item Wwww
13510 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13511 @item d
13512 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13513 @item ddd
13514 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13515 @item bdd
13516 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13517 @item h
13518 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13519 @item hh
13520 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13521 @item bh
13522 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13523 @item H
13524 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13525 @item HH
13526 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13527 @item BH
13528 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13529 @item p
13530 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13531 @item P
13532 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13533 @item pp
13534 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13535 @item PP
13536 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13537 @item pppp
13538 AM/PM:  ``a.m.@:'' or ``p.m.''.
13539 @item PPPP
13540 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13541 @item m
13542 Minutes:  ``7'' for 7.
13543 @item mm
13544 Minutes:  ``07'' for 7.
13545 @item bm
13546 Minutes:  `` 7'' for 7.
13547 @item s
13548 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13549 @item ss
13550 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13551 @item bs
13552 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13553 @item SS
13554 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13555 @item BS
13556 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13557 @item N
13558 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13559 @item n
13560 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13561 @item J
13562 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13563 @item j
13564 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13565 @item U
13566 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13567 @item X
13568 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13569 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13570 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13571 required for algebraic entry.
13572 @end table
13574 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13575 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13577 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13578 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13579 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13580 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13581 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13583 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13584 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13585 reading unless several of these codes are strung together with no
13586 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13587 many digits as there are letters in the format.
13589 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13590 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13591 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13593 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13594 @subsubsection Free-Form Dates
13596 @noindent
13597 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13598 on the algorithm described here if the input does not exactly
13599 match the current date format.  This algorithm generally
13600 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13601 but it is described here in full detail for the curious.
13603 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13604 while interpreting dates.
13606 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13607 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13608 the date.
13610 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13611 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13612 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13613 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13614 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13615 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13616 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13617 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13618 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13619 recognized with no number attached.
13621 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13622 format.
13624 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13625 from the string; other characters are ignored.  All words must
13626 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13627 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13628 abbreviations.
13630 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13631 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13632 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13633 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13634 assumes the month, day and year are in the same order that they
13635 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13636 current year is taken from the system clock.
13638 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13639 words, then the input is rejected.
13641 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13642 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13643 like Julian dates that were included along with the traditional
13644 date components when the date was formatted.
13646 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13647 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13648 minus sign on the year value.
13650 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13651 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13653 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13654 @subsubsection Standard Date Formats
13656 @noindent
13657 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13658 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13659 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13660 to select the other formats.
13662 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13663 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13664 enter will be recorded as the new standard format of that
13665 number, as well as becoming the new current date format.
13666 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13667 command (@pxref{Mode Settings}).
13669 @table @asis
13670 @item 0
13671 @samp{N}  (Numerical format)
13672 @item 1
13673 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13674 @item 2
13675 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13676 @item 3
13677 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13678 @item 4
13679 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13680 @item 5
13681 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13682 @item 6
13683 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13684 @item 7
13685 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13686 @item 8
13687 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13688 @item 9
13689 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13690 @end table
13692 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13693 @subsection Truncating the Stack
13695 @noindent
13696 @kindex d t
13697 @pindex calc-truncate-stack
13698 @cindex Truncating the stack
13699 @cindex Narrowing the stack
13700 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13701 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13702 The number right above that line is considered to the be at the top of
13703 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13704 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13705 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13706 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13707 keep several independent calculations running at once in different parts
13708 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13709 the stack.
13711 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13712 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13713 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13714 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13715 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13716 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13717 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13719 @kindex d [
13720 @pindex calc-truncate-up
13721 @kindex d ]
13722 @pindex calc-truncate-down
13723 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13724 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13725 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13727 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13728 @subsection Justification
13730 @noindent
13731 @kindex d <
13732 @pindex calc-left-justify
13733 @kindex d =
13734 @pindex calc-center-justify
13735 @kindex d >
13736 @pindex calc-right-justify
13737 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13738 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13739 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13740 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13741 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13742 window.
13744 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13745 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13746 text.
13748 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13749 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13750 together, the decimal points on numbers will always line up.
13752 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13753 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13754 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13755 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13756 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13757 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13758 origin and line width is slightly different in each justification
13759 mode.
13761 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13762 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13763 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13764 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13765 line is indented to the origin.
13767 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13768 character is just before the origin, or just before the current
13769 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13770 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13771 specified, or else the origin is used as a width if that is
13772 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13774 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13775 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13776 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13777 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13778 line width or Calc window width is used.
13780 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13781 is indented an additional four spaces to make room for the line
13782 number.  The width of the line number is taken into account when
13783 positioning according to the current Calc window width, but not
13784 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13785 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13786 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13788 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13789 @subsection Labels
13791 @noindent
13792 @kindex d @{
13793 @pindex calc-left-label
13794 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13795 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13796 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13797 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13798 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13799 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13800 affect the horizontal position of the stack entry.
13802 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13804 @kindex d @}
13805 @pindex calc-right-label
13806 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13807 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13808 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13809 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13810 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13811 justified to the line width.
13813 One application of labels would be to add equation numbers to
13814 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13815 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13816 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13817 left or right as you prefer.
13819 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13820 @section Language Modes
13822 @noindent
13823 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13824 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13825 other common language such as Pascal or @LaTeX{}.  Objects displayed on the
13826 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13827 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13828 another buffer will be interpreted according to the current language.
13830 The current language has no effect on things written to or read from the
13831 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13832 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13833 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13835 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13836 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13837 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13838 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13839 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13840 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13841 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13842 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13844 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13845 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13846 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13847 and would have written the formula back with notations (like implicit
13848 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13850 As another example, suppose you are maintaining a C program and a @LaTeX{}
13851 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13852 formula from the program in C mode, switch to @LaTeX{} mode, and yank the
13853 formula into the document in @LaTeX{} math-mode format.
13855 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13856 shifted letter key.
13858 @menu
13859 * Normal Language Modes::
13860 * C FORTRAN Pascal::
13861 * TeX and LaTeX Language Modes::
13862 * Eqn Language Mode::
13863 * Yacas Language Mode::
13864 * Maxima Language Mode::
13865 * Giac Language Mode::
13866 * Mathematica Language Mode::
13867 * Maple Language Mode::
13868 * Compositions::
13869 * Syntax Tables::
13870 @end menu
13872 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13873 @subsection Normal Language Modes
13875 @noindent
13876 @kindex d N
13877 @pindex calc-normal-language
13878 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13879 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13880 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13881 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13882 keyboard.
13884 @kindex d O
13885 @pindex calc-flat-language
13886 @cindex Matrix display
13887 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13888 identical with the normal one, except that matrices are written in
13889 one-line form along with everything else.  In some applications this
13890 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13892 @kindex d b
13893 @pindex calc-line-breaking
13894 @cindex Line breaking
13895 @cindex Breaking up long lines
13896 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13897 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13898 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13899 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13900 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13901 command, that argument will specify the line width used when breaking
13902 long lines.
13904 @kindex d B
13905 @pindex calc-big-language
13906 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13907 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13908 such as powers, quotients, and square roots:
13910 @example
13911   ____________
13912  | a + 1    2
13913  | ----- + c
13914 \|   b
13915 @end example
13917 @noindent
13918 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13920 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13921 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13922 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13923 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13924 notation.
13926 One slight ambiguity of Big notation is that
13928 @example
13929   3
13930 - -
13931   4
13932 @end example
13934 @noindent
13935 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13936 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13937 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13938 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13939 typical use.
13941 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13942 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13943 though generally you will know which interpretation is correct.
13944 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13945 in Big mode.
13947 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13948 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13949 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13950 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13951 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13953 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13954 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13955 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13956 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13958 @kindex d U
13959 @pindex calc-unformatted-language
13960 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13961 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13962 shown above would be displayed:
13964 @example
13965 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13966 @end example
13968 These four modes differ only in display format, not in the format
13969 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13970 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13971 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13972 parentheses).
13974 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
13975 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13977 @noindent
13978 @kindex d C
13979 @pindex calc-c-language
13980 @cindex C language
13981 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13982 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13983 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13984 particular, C language operators and operator precedences are used in
13985 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13986 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13987 @samp{pow(a,b)}.
13989 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13990 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13991 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
13992 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
13993 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
13994 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
13995 using the @samp{:=} symbol.
13997 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
13998 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
13999 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14000 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14001 names are different in C are translated automatically for entry and
14002 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14003 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14004 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14006 @kindex d P
14007 @pindex calc-pascal-language
14008 @cindex Pascal language
14009 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14010 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14011 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14012 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14013 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14014 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14015 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14016 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14017 of handling these in Pascal.
14019 @kindex d F
14020 @pindex calc-fortran-language
14021 @cindex FORTRAN language
14022 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14023 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14024 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14025 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14026 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14027 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14028 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14029 If the variable @code{a} has been declared to have type
14030 @code{vector} or @code{matrix}, however,  then @samp{a(i)} will be
14031 parsed as a subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't
14032 matter, though; if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and
14033 Calc interprets it as a function call, you'll never know the difference
14034 unless you switch to another language mode or replace @code{a} with an
14035 actual vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14036 function!).
14038 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14039 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14040 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14042 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14043 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14044 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14045 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14046 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14047 convert to lower-case for display and input.
14049 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14050 @subsection @TeX{} and @LaTeX{} Language Modes
14052 @noindent
14053 @kindex d T
14054 @pindex calc-tex-language
14055 @cindex TeX language
14056 @kindex d L
14057 @pindex calc-latex-language
14058 @cindex LaTeX language
14059 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14060 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14061 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14062 conventions of ``math mode'' in @LaTeX{}, a typesetting language that
14063 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's @LaTeX{} language mode can
14064 read any formula that the @TeX{} language mode can, although @LaTeX{}
14065 mode may display it differently.
14067 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14068 @texline @math{\sin(a/b)}
14069 @infoline @expr{sin(a/b)}
14070 will appear as @samp{\sin\left( @{a \over b@} \right)} in @TeX{} mode and
14071 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in @LaTeX{} mode.
14072 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14073 @LaTeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14074 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14075 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14077 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14078 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in
14079 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in @LaTeX{} mode (as in
14080 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14081 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14082 @code{\binom} in @LaTeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14083 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14084 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in
14085 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14086 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14087 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and @LaTeX{}
14088 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14089 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14091 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14092 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14093 and @LaTeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14094 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14095 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14096 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14097 printed result is
14098 @texline @math{\sin{2 x}}
14099 @infoline @expr{sin 2x}
14101 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14102 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14104 The @TeX{} specific unit names (@pxref{Predefined Units}) will not use
14105 the @samp{tex} prefix;  the unit name for a @TeX{} point will be
14106 @samp{pt} instead of @samp{texpt}, for example.
14108 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and @LaTeX{}
14109 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14110 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14111 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14112 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14113 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14114 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and
14115 @samp{\text@{@var{name}@}} in @LaTeX{} mode.  The
14116 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14117 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14118 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14119 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14120 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14121 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14122 any @TeX{} mode.)
14124 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14125 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14126 @code{\bmatrix}.  In @LaTeX{} mode this also applies to
14127 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14128 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14129 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14130 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14131 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14132 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14133 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14134 format in @TeX{} mode and in
14135 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14136 @LaTeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14137 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14138 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14139 form, such as
14141 @example
14142 \begin@{pmatrix@}
14143 a & b \\
14144 c & d
14145 \end@{pmatrix@}
14146 @end example
14148 @noindent
14149 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14150 expressions being displayed like
14152 @example
14153 \begin@{pmatrix@} \times x
14154 a & b \\
14155 c & d
14156 \end@{pmatrix@}
14157 @end example
14159 @noindent
14160 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect @LaTeX{}.
14161 (Similarly for @TeX{}.)
14163 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14164 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14165 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14166 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14167 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14168 in Calc, @TeX{}, @LaTeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14170 @ignore
14171 @iftex
14172 @begingroup
14173 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14174 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14175 @end iftex
14176 @starindex
14177 @end ignore
14178 @tindex acute
14179 @ignore
14180 @starindex
14181 @end ignore
14182 @tindex Acute
14183 @ignore
14184 @starindex
14185 @end ignore
14186 @tindex bar
14187 @ignore
14188 @starindex
14189 @end ignore
14190 @tindex Bar
14191 @ignore
14192 @starindex
14193 @end ignore
14194 @tindex breve
14195 @ignore
14196 @starindex
14197 @end ignore
14198 @tindex Breve
14199 @ignore
14200 @starindex
14201 @end ignore
14202 @tindex check
14203 @ignore
14204 @starindex
14205 @end ignore
14206 @tindex Check
14207 @ignore
14208 @starindex
14209 @end ignore
14210 @tindex dddot
14211 @ignore
14212 @starindex
14213 @end ignore
14214 @tindex ddddot
14215 @ignore
14216 @starindex
14217 @end ignore
14218 @tindex dot
14219 @ignore
14220 @starindex
14221 @end ignore
14222 @tindex Dot
14223 @ignore
14224 @starindex
14225 @end ignore
14226 @tindex dotdot
14227 @ignore
14228 @starindex
14229 @end ignore
14230 @tindex DotDot
14231 @ignore
14232 @starindex
14233 @end ignore
14234 @tindex dyad
14235 @ignore
14236 @starindex
14237 @end ignore
14238 @tindex grave
14239 @ignore
14240 @starindex
14241 @end ignore
14242 @tindex Grave
14243 @ignore
14244 @starindex
14245 @end ignore
14246 @tindex hat
14247 @ignore
14248 @starindex
14249 @end ignore
14250 @tindex Hat
14251 @ignore
14252 @starindex
14253 @end ignore
14254 @tindex Prime
14255 @ignore
14256 @starindex
14257 @end ignore
14258 @tindex tilde
14259 @ignore
14260 @starindex
14261 @end ignore
14262 @tindex Tilde
14263 @ignore
14264 @starindex
14265 @end ignore
14266 @tindex under
14267 @ignore
14268 @starindex
14269 @end ignore
14270 @tindex Vec
14271 @ignore
14272 @starindex
14273 @end ignore
14274 @tindex VEC
14275 @ignore
14276 @iftex
14277 @endgroup
14278 @end iftex
14279 @end ignore
14280 @example
14281 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14282 ----      ---           -----         ---
14283 acute     \acute        \acute
14284 Acute                   \Acute
14285 bar       \bar          \bar          bar
14286 Bar                     \Bar
14287 breve     \breve        \breve
14288 Breve                   \Breve
14289 check     \check        \check
14290 Check                   \Check
14291 dddot                   \dddot
14292 ddddot                  \ddddot
14293 dot       \dot          \dot          dot
14294 Dot                     \Dot
14295 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14296 DotDot                  \Ddot
14297 dyad                                  dyad
14298 grave     \grave        \grave
14299 Grave                   \Grave
14300 hat       \hat          \hat          hat
14301 Hat                     \Hat
14302 Prime                                 prime
14303 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14304 Tilde                   \Tilde
14305 under     \underline    \underline    under
14306 Vec       \vec          \vec          vec
14307 VEC                     \Vec
14308 @end example
14310 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14311 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14312 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14313 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14314 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14315 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14316 You will typically want to include one of the following definitions
14317 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14319 @example
14320 \def\evalto@{@}
14321 \def\evalto#1\to@{@}
14322 @end example
14324 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14325 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14326 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14327 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14328 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14329 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14331 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14332 reading is:
14334 @example
14335 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14336 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14337 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14338 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14339 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14340 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14341 \evalto
14342 @end example
14344 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14345 @LaTeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14346 font information.
14348 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14349 the same as @samp{*}.
14351 @ifnottex
14352 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14353 end of this section.
14354 @end ifnottex
14355 @iftex
14356 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14358 @example
14359 @group
14360 sin(a^2 / b_i)
14361 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14362 @end group
14363 @end example
14364 @tex
14365 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14366 @end tex
14367 @sp 1
14369 @example
14370 @group
14371 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14372 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14373 @end group
14374 @end example
14375 @tex
14376 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14377 @end tex
14378 @sp 1
14380 @example
14381 @group
14382 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14383 [|a|, \left| a \over b \right|,
14384  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14385 @end group
14386 @end example
14387 @tex
14388 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14389     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14390 @end tex
14391 @sp 1
14393 @example
14394 @group
14395 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14396 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14397  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14398 @end group
14399 @end example
14400 @tex
14401 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14402 @end tex
14403 @sp 2
14405 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14406 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14407 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14409 @example
14410 @group
14411 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14412 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14413 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14414 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14415 @end group
14416 @end example
14417 @tex
14418 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14419 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14420 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14421 @end tex
14422 @sp 2
14424 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14426 @example
14427 @group
14428 2 + 3 => 5
14429 \evalto 2 + 3 \to 5
14430 @end group
14431 @end example
14432 @tex
14433 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14434 $$ 5 $$
14435 @end tex
14436 @sp 2
14438 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14440 @example
14441 @group
14442 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14443 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14444 @end group
14445 @end example
14446 @tex
14447 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14448 {\let\to\Rightarrow
14449 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14450 @end tex
14451 @sp 2
14453 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14455 @example
14456 @group
14457 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14458 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14459 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14460 @end group
14461 @end example
14462 @tex
14463 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14464 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14465 @end tex
14466 @sp 2
14467 @end iftex
14469 @node Eqn Language Mode, Yacas Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14470 @subsection Eqn Language Mode
14472 @noindent
14473 @kindex d E
14474 @pindex calc-eqn-language
14475 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14476 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14477 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14478 command selects @dfn{eqn} notation.
14480 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14481 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14482 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14483 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14484 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14485 required only when the argument contains spaces.
14487 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14488 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14489 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14490 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14491 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14492 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14493 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14495 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14496 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14497 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14498 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14499 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14500 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14501 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14502 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14503 names, too.)
14505 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14506 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14507 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14508 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14509 the typeset output of @dfn{eqn}).
14511 As in @LaTeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14512 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14513 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14514 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14516 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14517 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14518 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14519 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14520 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14521 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14522 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14524 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14525 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.
14526 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14527 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14528 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14529 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14530 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14531 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14533 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14534 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14535 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14536 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14537 recognized for these operators during reading.
14539 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14540 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14541 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14542 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14543 if the matrix justification mode so specifies.
14545 @node Yacas Language Mode, Maxima Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14546 @subsection Yacas Language Mode
14548 @noindent
14549 @kindex d Y
14550 @pindex calc-yacas-language
14551 @cindex Yacas language
14552 The @kbd{d Y} (@code{calc-yacas-language}) command selects the
14553 conventions of Yacas, a free computer algebra system.  While the
14554 operators and functions in Yacas are similar to those of Calc, the names
14555 of built-in functions in Yacas are capitalized.  The Calc formula
14556 @samp{sin(2 x)}, for example, is entered and displayed @samp{Sin(2 x)}
14557 in Yacas mode,  and `@samp{arcsin(x^2)} is @samp{ArcSin(x^2)} in Yacas
14558 mode.  Complex numbers are written  are written @samp{3 + 4 I}.
14559 The standard special constants are written @code{Pi}, @code{E},
14560 @code{I}, @code{GoldenRatio} and @code{Gamma}.  @code{Infinity}
14561 represents both @code{inf} and @code{uinf}, and @code{Undefined}
14562 represents @code{nan}.
14564 Certain operators on functions, such as @code{D} for differentiation
14565 and @code{Integrate} for integration, take a prefix form in Yacas.  For
14566 example, the derivative of @w{@samp{e^x sin(x)}} can be computed with
14567 @w{@samp{D(x) Exp(x)*Sin(x)}}.
14569 Other notable differences between Yacas and standard Calc expressions
14570 are that vectors and matrices use curly braces in Yacas, and subscripts
14571 use square brackets.  If, for example, @samp{A} represents the list
14572 @samp{@{a,2,c,4@}}, then @samp{A[3]} would equal @samp{c}.
14575 @node Maxima Language Mode, Giac Language Mode, Yacas Language Mode, Language Modes
14576 @subsection Maxima Language Mode
14578 @noindent
14579 @kindex d X
14580 @pindex calc-maxima-language
14581 @cindex Maxima language
14582 The @kbd{d X} (@code{calc-maxima-language}) command selects the
14583 conventions of Maxima, another free computer algebra system.  The
14584 function names in Maxima are similar, but not always identical, to Calc.
14585 For example, instead of @samp{arcsin(x)}, Maxima will use
14586 @samp{asin(x)}.  Complex numbers are written @samp{3 + 4 %i}.  The
14587 standard special constants are written @code{%pi},  @code{%e},
14588 @code{%i}, @code{%phi} and @code{%gamma}.  In Maxima,  @code{inf} means
14589 the same as in Calc, but @code{infinity} represents Calc's @code{uinf}.
14591 Underscores as well as percent signs are allowed in function and
14592 variable names in Maxima mode.  The underscore again is equivalent to
14593 the @samp{#} in Normal mode, and the percent sign is equivalent to
14594 @samp{o'o}.
14596 Maxima uses square brackets for lists and vectors, and matrices are
14597 written as calls to the function @code{matrix}, given the row vectors of
14598 the matrix as arguments.  Square brackets are also used as subscripts.
14600 @node Giac Language Mode, Mathematica Language Mode, Maxima Language Mode, Language Modes
14601 @subsection Giac Language Mode
14603 @noindent
14604 @kindex d A
14605 @pindex calc-giac-language
14606 @cindex Giac language
14607 The @kbd{d A} (@code{calc-giac-language}) command selects the
14608 conventions of Giac, another free computer algebra system.  The function
14609 names in Giac are similar to Maxima.  Complex numbers are written
14610 @samp{3 + 4 i}.  The standard special constants in Giac are the same as
14611 in Calc, except that @code{infinity} represents both Calc's @code{inf}
14612 and @code{uinf}.
14614 Underscores are allowed in function and variable names in Giac mode.
14615 Brackets are used for subscripts.  In Giac, indexing of lists begins at
14616 0, instead of 1 as in Calc.  So if  @samp{A} represents the list
14617 @samp{[a,2,c,4]}, then @samp{A[2]} would equal @samp{c}.  In general,
14618 @samp{A[n]} in Giac mode corresponds to @samp{A_(n+1)} in Normal mode.
14620 The Giac interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14621 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]} and
14622 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot see
14623 the difference between an open and a closed interval while in Giac mode.
14625 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Giac Language Mode, Language Modes
14626 @subsection Mathematica Language Mode
14628 @noindent
14629 @kindex d M
14630 @pindex calc-mathematica-language
14631 @cindex Mathematica language
14632 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14633 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14634 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14635 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14636 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14637 Mathematica mode.
14639 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14640 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14641 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14642 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14643 Mathematica mode.
14644 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14645 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14646 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14648 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14649 @subsection Maple Language Mode
14651 @noindent
14652 @kindex d W
14653 @pindex calc-maple-language
14654 @cindex Maple language
14655 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14656 conventions of Maple.
14658 Maple's language is much like C@.  Underscores are allowed in symbol
14659 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14660 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14661 denote powers.
14663 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14664 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14665 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14666 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14667 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14668 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14670 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} is like Giac's interval
14671 notation, and is handled the same by Calc.
14673 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14674 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14675 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14676 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14678 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14679 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14680 inert (@samp{&}) operators.
14682 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14683 @subsection Compositions
14685 @noindent
14686 @cindex Compositions
14687 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14688 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14689 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14690 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14691 are recognized by Calc's display formatting routines.
14693 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14694 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14695 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14696 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14697 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14698 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14699 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14700 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14702 The composition functions do the same thing in all language modes
14703 (although their components will of course be formatted in the current
14704 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14705 which does not give the composition functions any special treatment.
14706 The functions are discussed here because of their relationship to
14707 the language modes.
14709 @menu
14710 * Composition Basics::
14711 * Horizontal Compositions::
14712 * Vertical Compositions::
14713 * Other Compositions::
14714 * Information about Compositions::
14715 * User-Defined Compositions::
14716 @end menu
14718 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14719 @subsubsection Composition Basics
14721 @noindent
14722 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14723 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14724 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14725 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14726 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14727 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14728 For example, in the Big mode formula
14730 @example
14731 @group
14732           2
14733      a + b
14734 17 + ------
14735        c
14736 @end group
14737 @end example
14739 @noindent
14740 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14741 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14742 is placed on the same level as the baseline of 17.
14744 @tex
14745 \bigskip
14746 @end tex
14748 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14749 an integer that represents the binding strength of various operators.
14750 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14751 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14752 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14754 The operator table used by normal and Big language modes has the
14755 following precedences:
14757 @example
14758 _     1200    @r{(subscripts)}
14759 %     1100    @r{(as in n}%@r{)}
14760 !     1000    @r{(as in }!@r{n)}
14761 mod    400
14762 +/-    300
14763 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14764 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14765 ^      200
14766 -      197    @r{(as in }-@r{n)}
14767 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14768 / % \  190
14769 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14770 |      170
14771 < =    160    @r{(and other relations)}
14772 &&     110
14773 ||     100
14774 ? :     90
14775 !!!     85
14776 &&&     80
14777 |||     75
14778 :=      50
14779 ::      45
14780 =>      40
14781 @end example
14783 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14784 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14785 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14786 expressions and expressions which are function arguments, vector
14787 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14788 normally never get additional parentheses).
14790 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14791 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14792 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14793 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14794 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14795 with one-higher precedence.
14797 @ignore
14798 @starindex
14799 @end ignore
14800 @tindex cprec
14801 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14802 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14803 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14804 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14805 precedence than multiplication).
14807 @tex
14808 \bigskip
14809 @end tex
14811 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14812 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14813 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14814 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14815 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14816 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14817 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14818 view them.
14820 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14821 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14822 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14823 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14824 move down to the next line starting at the first break point that
14825 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14826 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14827 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14828 For example, a vector of sums might be formatted as:
14830 @example
14831 @group
14832 [ a + b + c, d + e + f,
14833   g + h + i, j + k + l, m ]
14834 @end group
14835 @end example
14837 @noindent
14838 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14839 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14840 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14841 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14842 itself been too large to fit.
14844 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14845 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14846 also generates breakable items:  A break point is added after every
14847 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14848 end of the string.
14850 Composition functions themselves count as levels in the formula
14851 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14852 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14853 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14854 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14855 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14856 will be on the same level as the break points of the surrounding
14857 object.
14859 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14860 @subsubsection Horizontal Compositions
14862 @noindent
14863 @ignore
14864 @starindex
14865 @end ignore
14866 @tindex choriz
14867 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14868 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14869 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14871 @example
14872 @group
14873   a b
14874 17---d
14875    c
14876 @end group
14877 @end example
14879 @noindent
14880 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14881 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14882 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14883 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14884 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14885 the precedence from the surrounding environment.
14887 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14888 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14889 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14890 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14891 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14892 (unless any of its component compositions are breakable).
14894 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14895 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14896 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14897 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14898 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14900 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14901 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14903 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14904 @subsubsection Vertical Compositions
14906 @noindent
14907 @ignore
14908 @starindex
14909 @end ignore
14910 @tindex cvert
14911 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14912 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14913 the result is by default the top line of the resulting composition.
14914 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14915 formats in Big mode as
14917 @example
14918 @group
14919 f( a ,  2    )
14920   bb   a  + 1
14921   ccc     2
14922          b
14923 @end group
14924 @end example
14926 @ignore
14927 @starindex
14928 @end ignore
14929 @tindex cbase
14930 There are several special composition functions that work only as
14931 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14932 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14933 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14934 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14935 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14937 @example
14938 @group
14939         2
14940        a  + 1
14941    a      2
14942 f(bb ,   b   )
14943   ccc
14944 @end group
14945 @end example
14947 @ignore
14948 @starindex
14949 @end ignore
14950 @tindex ctbase
14951 @ignore
14952 @starindex
14953 @end ignore
14954 @tindex cbbase
14955 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14956 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14957 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14958 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14959 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14961 @example
14962 @group
14963         a
14964 a       -
14965 - + a + b
14966 b   -
14967     b
14968 @end group
14969 @end example
14971 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14972 function in a given vertical composition.  These functions can also
14973 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14974 which means the baseline is the top line of the following item, and
14975 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14976 item.
14978 @ignore
14979 @starindex
14980 @end ignore
14981 @tindex crule
14982 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14983 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14984 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14985 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14986 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14987 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14988 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14990 @example
14991 @group
14992 a + 1
14993 =====
14994   2
14996 @end group
14997 @end example
14999 @ignore
15000 @starindex
15001 @end ignore
15002 @tindex clvert
15003 @ignore
15004 @starindex
15005 @end ignore
15006 @tindex crvert
15007 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
15008 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
15009 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
15010 gives:
15012 @example
15013 @group
15014 a   +   a
15015 bb     bb
15016 ccc   ccc
15017 @end group
15018 @end example
15020 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
15021 which gives the precedence to use when formatting the components.
15022 Vertical compositions do not support separator strings.
15024 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
15025 @subsubsection Other Compositions
15027 @noindent
15028 @ignore
15029 @starindex
15030 @end ignore
15031 @tindex csup
15032 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
15033 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
15034 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
15035 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
15036 bottom line is one above the baseline.
15038 @ignore
15039 @starindex
15040 @end ignore
15041 @tindex csub
15042 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
15043 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
15044 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
15045 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
15046 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
15048 @ignore
15049 @starindex
15050 @end ignore
15051 @tindex cflat
15052 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
15053 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
15054 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
15055 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
15056 to improve its readability.
15058 @ignore
15059 @starindex
15060 @end ignore
15061 @tindex cspace
15062 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15063 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15064 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15065 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15066 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15067 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15068 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15070 @example
15071 @group
15072  2 2 2 2
15073 a a a a
15074 @end group
15075 @end example
15077 @noindent
15078 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15080 @ignore
15081 @starindex
15082 @end ignore
15083 @tindex cvspace
15084 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15085 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15086 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15087 argument of zero will produce an object which contributes zero
15088 height if used in a vertical composition.
15090 @ignore
15091 @starindex
15092 @end ignore
15093 @tindex ctspace
15094 @ignore
15095 @starindex
15096 @end ignore
15097 @tindex cbspace
15098 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15099 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15100 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15101 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15102 displays as:
15104 @example
15105 @group
15106         a
15107         -
15108 a       b
15109 -   a   a
15110 b + - + -
15111 a   b   b
15112 -   a
15113 b   -
15114     b
15115 @end group
15116 @end example
15118 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15119 @subsubsection Information about Compositions
15121 @noindent
15122 The functions in this section are actual functions; they compose their
15123 arguments according to the current language and other display modes,
15124 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15126 @ignore
15127 @starindex
15128 @end ignore
15129 @tindex cwidth
15130 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15131 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15132 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15133 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15134 the composition functions described in this section.
15136 @ignore
15137 @starindex
15138 @end ignore
15139 @tindex cheight
15140 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15141 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15143 @ignore
15144 @starindex
15145 @end ignore
15146 @tindex cascent
15147 @ignore
15148 @starindex
15149 @end ignore
15150 @tindex cdescent
15151 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15152 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15153 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15154 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15155 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15156 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15157 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15158 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15160 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
15161 @subsubsection User-Defined Compositions
15163 @noindent
15164 @kindex Z C
15165 @pindex calc-user-define-composition
15166 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15167 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15168 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15169 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15170 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15171 replaces the function call with that formula with the arguments
15172 replaced.
15174 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15175 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15176 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15177 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15178 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15179 affect the display at all.
15181 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15182 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15183 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15184 You can define different formats for each language mode, and for each
15185 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15186 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15187 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15188 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15189 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15190 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15192 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15193 formula, any defined formats for the function in the current language
15194 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15196 For example, the default format for the binomial coefficient function
15197 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15199 @example
15200 @group
15202 ( )
15204 @end group
15205 @end example
15207 @noindent
15208 You might prefer the notation,
15210 @example
15211 @group
15213 n m
15214 @end group
15215 @end example
15217 @noindent
15218 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15219 then put the formula
15221 @smallexample
15222 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15223 @end smallexample
15225 @noindent
15226 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15227 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15228 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15229 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15230 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15231 as an algebraic entry.
15233 @example
15234 @group
15235  C  +  C
15236 a b   7 3
15237 @end group
15238 @end example
15240 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15241 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15242 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15243 instead of parentheses.
15245 @smallexample
15246 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15247 @end smallexample
15249 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15250 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15252 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15253 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15254 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15255 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15256 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15257 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15258 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15259 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15260 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15261 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15262 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15263 it can easily be confused with a real sum.)
15265 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15266 composition formula to cause all or part of the formula to be
15267 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15268 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15269 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15270 regardless of the current simplification mode.  There are also
15271 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15272 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15273 operate only in the context of composition formulas (and also in
15274 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15275 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15276 symbolic form.
15278 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15279 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15280 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15281 there are several situations where it could be slow.  For example,
15282 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15283 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15284 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15285 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15286 produce a large, unwieldy integer.
15288 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15289 command (@pxref{Creating User Keys}).
15291 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15292 @subsection Syntax Tables
15294 @noindent
15295 @cindex Syntax tables
15296 @cindex Parsing formulas, customized
15297 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15298 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15299 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15301 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15302 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15304 @kindex Z S
15305 @pindex calc-edit-user-syntax
15306 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15307 syntax table for the current language mode.  If you want your
15308 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15309 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15310 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15311 the syntax tables along with the other mode settings;
15312 @pxref{General Mode Commands}.
15314 @menu
15315 * Syntax Table Basics::
15316 * Precedence in Syntax Tables::
15317 * Advanced Syntax Patterns::
15318 * Conditional Syntax Rules::
15319 @end menu
15321 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15322 @subsubsection Syntax Table Basics
15324 @noindent
15325 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15326 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15327 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15328 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15329 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15330 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15331 the parser matches this string of tokens against various built-in
15332 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15333 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15334 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15336 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15337 which allow you to specify new patterns to define your own
15338 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15339 table for the current language mode, then the table for the Normal
15340 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15341 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15342 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15343 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15344 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15345 completely different.)
15347 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15348 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15349 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15351 @example
15352 foo ( ) := 2+3
15353 @end example
15355 @noindent
15356 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15357 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15358 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15359 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15360 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15361 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15362 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15363 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15364 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15365 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15366 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15367 calls would no longer recognize it!
15369 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15370 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15371 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15373 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15374 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15375 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15376 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15377 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15378 and postfix operator, respectively:
15380 @example
15381 foo ( # ) := myfunc(#1)
15382 foo # := myprefix(#1)
15383 # foo # := myinfix(#1,#2)
15384 # foo := mypostfix(#1)
15385 @end example
15387 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15388 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15390 It is important to write the first two rules in the order shown,
15391 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15392 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15393 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15394 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15395 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15396 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15397 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15398 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15399 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15400 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15401 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15403 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15404 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15405 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15406 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15407 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15408 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15409 expressions with nothing between them will be parsed as one
15410 expression that uses implicit multiplication.
15412 As a more practical example, Maple uses the notation
15413 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15414 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15415 rule,
15417 @example
15418 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15419 @end example
15421 @noindent
15422 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15423 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15424 define these operators quite easily:
15426 @example
15427 # *= # := muleq(#1,#2)
15428 # ++ := postinc(#1)
15429 ++ # := preinc(#1)
15430 @end example
15432 @noindent
15433 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15434 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15435 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15436 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15438 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15439 interpretation in syntax patterns:
15441 @example
15442 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15443 @end example
15445 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15446 again it is generally better to use two tokens than one token with
15447 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15448 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15449 backslashes in tokens.)
15451 @example
15452 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15453 @end example
15455 @noindent
15456 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15458 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15459 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15460 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15461 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15462 the syntax table will prevent those characters from working in their
15463 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15464 respectively).
15466 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15467 the rest of the line to be ignored as a comment.
15469 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15470 @subsubsection Precedence
15472 @noindent
15473 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15474 By default, an operator defined by a rule like
15476 @example
15477 # foo # := foo(#1,#2)
15478 @end example
15480 @noindent
15481 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15482 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15483 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15484 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15485 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15486 @samp{*}, so if we change this rule to
15488 @example
15489 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15490 @end example
15492 @noindent
15493 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15494 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15495 precedence, our new operator will be left-associative:
15496 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15497 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15498 can create a right-associative operator.
15500 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15501 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15502 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15504 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15505 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15507 @noindent
15508 To match a function with a variable number of arguments, you could
15509 write
15511 @example
15512 foo ( # ) := myfunc(#1)
15513 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15514 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15515 @end example
15517 @noindent
15518 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15519 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15520 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15522 @example
15523 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15524 @end example
15526 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15527 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15528 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15529 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15530 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15531 separator token (with no space in between, as shown above).
15532 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15533 several expressions separated by commas.
15535 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15536 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15537 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15538 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15539 of arguments and builds a call to the function with those
15540 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15542 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15543 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15544 strung together into the resulting vector.  If the body
15545 does not contain anything but literal tokens, the result will
15546 always be an empty vector.
15548 @example
15549 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15550 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15551 @end example
15553 @noindent
15554 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15555 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15556 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15557 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15558 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15560 @example
15561 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15562 @end example
15564 @noindent
15565 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15566 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15568 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15569 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15570 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15572 @example
15573 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15574 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15575 @end example
15577 @noindent
15578 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15579 which will always be an empty vector, but in the second case no
15580 empty vector is produced.
15582 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15583 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15584 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15585 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15586 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15587 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15588 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15589 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15590 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15591 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15592 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15593 as optional.
15595 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15596 patterns will not work as you might expect:
15598 @example
15599 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15600 @end example
15602 @noindent
15603 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15604 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15605 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15606 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15607 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15608 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15609 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15611 @example
15612 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15613 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15614 @end example
15616 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15617 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15618 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15619 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15620 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15621 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15622 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15624 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15625 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15627 @noindent
15628 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15629 example, the rules
15631 @example
15632 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15633 foo ( # ) := gfoo(#1)
15634 @end example
15636 @noindent
15637 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15638 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15639 number of conditions may be attached; all must be true for the
15640 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15641 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15642 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15644 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15645 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15646 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15647 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15648 using the algebraic simplifications (@pxref{Simplifying Formulas}).
15649 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15650 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15651 results of all conditions are true, the expression (such as
15652 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15653 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15654 goes on to try the next rule in the syntax table.
15656 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15657 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15658 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15659 condition is always true, but as a side effect it defines a
15660 variable which can be used in later conditions, and also in the
15661 expression after the @samp{:=} sign:
15663 @example
15664 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15665 @end example
15667 @noindent
15668 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15669 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15670 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15671 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15673 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15674 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15675 rules.
15677 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15678 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15679 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15680 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15681 conditions and in the result expression.  The arguments to
15682 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15684 @example
15685 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15686 @end example
15688 @noindent
15689 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15690 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15691 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15692 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15693 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15694 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15695 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15696 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15698 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15699 @section The @code{Modes} Variable
15701 @noindent
15702 @kindex m g
15703 @pindex calc-get-modes
15704 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15705 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15706 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15707 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15708 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15709 on the current mode settings.
15711 @cindex @code{Modes} variable
15712 @vindex Modes
15713 The modes vector is also available in the special variable
15714 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15715 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15716 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15717 command will continue to work, however.)
15719 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15720 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15721 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15722 a numeric prefix to the next command.)
15724 The elements of the modes vector are as follows:
15726 @enumerate
15727 @item
15728 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15730 @item
15731 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15733 @item
15734 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15735 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15737 @item
15738 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15740 @item
15741 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15742 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15743 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15744 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15745 command, but note that this may lose information:  For example,
15746 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15747 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15748 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15749 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15750 will still be frozen at 12 significant figures.
15752 @item
15753 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15754 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15756 @item
15757 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15759 @item
15760 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15762 @item
15763 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15764 Command is @kbd{m p}.
15766 @item
15767 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15768 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15769 or @var{N} for
15770 @texline @math{N\times N}
15771 @infoline @var{N}x@var{N}
15772 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15774 @item
15775 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15776 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15777 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15779 @item
15780 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15781 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15782 @end enumerate
15784 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15785 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15786 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15787 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15788 keyboard macro.)
15790 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15791 oldest (bottommost) stack entry.
15793 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15794 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15795 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15796 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15797 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15798 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15800 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15801 @section The Calc Mode Line
15803 @noindent
15804 @cindex Mode line indicators
15805 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15806 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15807 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15809 The basic mode line format is:
15811 @example
15812 --%*-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15813 @end example
15815 The @samp{%*} indicates that the buffer is ``read-only''; it shows that
15816 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15817 as if it were text.
15819 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15820 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15821 that are in effect.
15823 The first mode is always the current precision, an integer.
15824 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15825 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15827 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15828 on the mode line:
15830 @table @code
15831 @item Alg
15832 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15834 @item Alg[(
15835 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15837 @item Alg*
15838 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15840 @item Symb
15841 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15843 @item Matrix
15844 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15846 @item Matrix@var{n}
15847 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15849 @item SqMatrix
15850 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15852 @item Scalar
15853 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15855 @item Polar
15856 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15858 @item Frac
15859 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15861 @item Inf
15862 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15864 @item +Inf
15865 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15867 @item NoSimp
15868 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15870 @item NumSimp
15871 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15873 @item BinSimp@var{w}
15874 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15876 @item BasicSimp
15877 Basic simplification mode (@kbd{m I}).
15879 @item ExtSimp
15880 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15882 @item UnitSimp
15883 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15885 @item Bin
15886 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15888 @item Oct
15889 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15891 @item Hex
15892 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15894 @item Radix@var{n}
15895 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15897 @item Zero
15898 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15900 @item Big
15901 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15903 @item Flat
15904 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15906 @item Unform
15907 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15909 @item C
15910 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15912 @item Pascal
15913 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15915 @item Fortran
15916 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15918 @item TeX
15919 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15921 @item LaTeX
15922 @LaTeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15924 @item Eqn
15925 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15927 @item Math
15928 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15930 @item Maple
15931 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15933 @item Norm@var{n}
15934 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15936 @item Fix@var{n}
15937 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15939 @item Sci
15940 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15942 @item Sci@var{n}
15943 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15945 @item Eng
15946 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15948 @item Eng@var{n}
15949 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15951 @item Left@var{n}
15952 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15954 @item Right
15955 Right-justified display (@kbd{d >}).
15957 @item Right@var{n}
15958 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15960 @item Center
15961 Centered display (@kbd{d =}).
15963 @item Center@var{n}
15964 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15966 @item Wid@var{n}
15967 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15969 @item Wide
15970 No line breaking (@kbd{d b}).
15972 @item Break
15973 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15975 @item Save
15976 Record modes in @file{~/.emacs.d/calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15978 @item Local
15979 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15981 @item LocEdit
15982 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15984 @item LocPerm
15985 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15987 @item Global
15988 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15990 @item Manual
15991 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15992 Recomputation}).
15994 @item Graph
15995 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15997 @item Sel
15998 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
16000 @item Dirty
16001 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
16003 @item Inv
16004 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
16006 @item Hyp
16007 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
16009 @item Keep
16010 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
16012 @item Narrow
16013 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
16014 @end table
16016 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
16017 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
16019 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
16020 @chapter Arithmetic Functions
16022 @noindent
16023 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
16024 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
16025 commands work by removing the top one or two values from the stack,
16026 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
16027 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
16028 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
16029 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
16031 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
16032 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
16033 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
16035 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
16036 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
16037 interpret a prefix argument.
16039 @menu
16040 * Basic Arithmetic::
16041 * Integer Truncation::
16042 * Complex Number Functions::
16043 * Conversions::
16044 * Date Arithmetic::
16045 * Financial Functions::
16046 * Binary Functions::
16047 @end menu
16049 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
16050 @section Basic Arithmetic
16052 @noindent
16053 @kindex +
16054 @pindex calc-plus
16055 @ignore
16056 @mindex @null
16057 @end ignore
16058 @tindex +
16059 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16060 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16061 onto the stack.
16063 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16064 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16065 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16066 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16067 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16068 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16069 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16070 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16071 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16072 to every element of a vector.
16074 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16075 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16076 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16077 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16078 conversions for polar addition are non-trivial.
16080 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16081 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16082 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16083 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16084 and then the two HMS forms are added.
16086 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16087 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16088 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16089 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16090 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16091 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16092 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16093 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16095 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16096 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16097 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16098 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16099 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16100 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16101 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16102 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16104 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16105 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16106 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16107 the two values.
16109 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16110 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16111 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16112 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16114 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16115 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16116 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16117 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16119 @kindex -
16120 @pindex calc-minus
16121 @ignore
16122 @mindex @null
16123 @end ignore
16124 @tindex -
16125 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16126 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16127 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16128 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16130 @kindex *
16131 @pindex calc-times
16132 @ignore
16133 @mindex @null
16134 @end ignore
16135 @tindex *
16136 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16137 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16138 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16139 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16140 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16141 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16142 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16143 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16144 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16146 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16147 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16148 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16149 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16150 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16151 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16152 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16153 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16155 @kindex /
16156 @pindex calc-divide
16157 @ignore
16158 @mindex @null
16159 @end ignore
16160 @tindex /
16161 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.
16163 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
16164 is good style to use parentheses to distinguish between possible
16165 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
16166 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
16167 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
16168 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
16169 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
16170 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.
16171 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
16172 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
16173 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
16174 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
16175 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
16176 @smallexample
16177 @group
16178 a b
16179 ---.
16180 c d
16181 @end group
16182 @end smallexample
16184 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
16185 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
16186 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16187 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16188 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16189 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16190 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16191 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16192 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16193 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16194 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16195 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16196 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16197 transpose the result.
16199 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16200 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16201 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16202 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16203 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16204 interval.
16206 @kindex ^
16207 @pindex calc-power
16208 @ignore
16209 @mindex @null
16210 @end ignore
16211 @tindex ^
16212 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16213 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16214 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16215 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16216 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16217 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16219 @kindex I ^
16220 @tindex nroot
16221 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16222 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16223 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16225 @kindex \
16226 @pindex calc-idiv
16227 @tindex idiv
16228 @ignore
16229 @mindex @null
16230 @end ignore
16231 @tindex \
16232 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16233 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16234 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16235 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16236 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16237 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16239 @kindex %
16240 @pindex calc-mod
16241 @ignore
16242 @mindex @null
16243 @end ignore
16244 @tindex %
16245 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16246 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16247 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16248 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16249 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16250 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16251 must be positive real number.
16253 @kindex :
16254 @pindex calc-fdiv
16255 @tindex fdiv
16256 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16257 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16258 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16259 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16260 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16261 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16262 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16263 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16265 @kindex n
16266 @pindex calc-change-sign
16267 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16268 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16269 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16271 @kindex A
16272 @pindex calc-abs
16273 @tindex abs
16274 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16275 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16276 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16277 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16278 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16279 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16280 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16281 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16282 an interval is defined in the obvious way.
16284 @kindex f A
16285 @pindex calc-abssqr
16286 @tindex abssqr
16287 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16288 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16290 @kindex f s
16291 @pindex calc-sign
16292 @tindex sign
16293 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16294 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16295 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16296 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16297 zero depending on the sign of @samp{a}.
16299 @kindex &
16300 @pindex calc-inv
16301 @tindex inv
16302 @cindex Reciprocal
16303 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16304 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16305 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16307 @kindex Q
16308 @pindex calc-sqrt
16309 @tindex sqrt
16310 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16311 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16312 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16314 @kindex f h
16315 @pindex calc-hypot
16316 @tindex hypot
16317 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16318 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16319 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16320 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16321 magnitudes are used.
16323 @kindex f Q
16324 @pindex calc-isqrt
16325 @tindex isqrt
16326 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16327 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16328 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16329 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16330 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16331 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16332 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16334 @kindex f n
16335 @kindex f x
16336 @pindex calc-min
16337 @tindex min
16338 @pindex calc-max
16339 @tindex max
16340 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16341 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16342 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16343 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16344 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16345 all the arguments.)
16347 @kindex f M
16348 @kindex f X
16349 @pindex calc-mant-part
16350 @tindex mant
16351 @pindex calc-xpon-part
16352 @tindex xpon
16353 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16354 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16355 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16356 @expr{e}.  The original number is equal to
16357 @texline @math{m \times 10^e},
16358 @infoline @expr{m * 10^e},
16359 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16360 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16361 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16362 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16363 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16364 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16365 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16367 @kindex f S
16368 @pindex calc-scale-float
16369 @tindex scf
16370 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16371 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16372 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16373 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16374 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16376 @kindex f [
16377 @kindex f ]
16378 @pindex calc-decrement
16379 @pindex calc-increment
16380 @tindex decr
16381 @tindex incr
16382 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16383 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16384 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16385 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16386 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16387 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16388 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16389 @samp{0.0} produces
16390 @texline @math{10^{-p}},
16391 @infoline @expr{10^-p},
16392 where @expr{p} is the current
16393 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16394 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16396 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16397 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16398 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16399 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16400 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16401 way floating-point numbers work.
16403 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16404 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16406 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16407 @section Integer Truncation
16409 @noindent
16410 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16411 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16412 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16413 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16414 to integer form.
16416 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16417 expressed as an integer-valued floating-point number.
16419 @cindex Integer part of a number
16420 @kindex F
16421 @pindex calc-floor
16422 @tindex floor
16423 @tindex ffloor
16424 @ignore
16425 @mindex @null
16426 @end ignore
16427 @kindex H F
16428 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16429 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16430 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16431 @mathit{-4}.
16433 @kindex I F
16434 @pindex calc-ceiling
16435 @tindex ceil
16436 @tindex fceil
16437 @ignore
16438 @mindex @null
16439 @end ignore
16440 @kindex H I F
16441 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16442 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16443 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16445 @kindex R
16446 @pindex calc-round
16447 @tindex round
16448 @tindex fround
16449 @ignore
16450 @mindex @null
16451 @end ignore
16452 @kindex H R
16453 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16454 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16455 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16456 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16457 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16459 @kindex I R
16460 @pindex calc-trunc
16461 @tindex trunc
16462 @tindex ftrunc
16463 @ignore
16464 @mindex @null
16465 @end ignore
16466 @kindex H I R
16467 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16468 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16469 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16470 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16472 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16473 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16474 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16475 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16476 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16477 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16479 @ignore
16480 @starindex
16481 @end ignore
16482 @tindex rounde
16483 @ignore
16484 @starindex
16485 @end ignore
16486 @tindex roundu
16487 @ignore
16488 @starindex
16489 @end ignore
16490 @tindex frounde
16491 @ignore
16492 @starindex
16493 @end ignore
16494 @tindex froundu
16495 There are two more rounding functions which can only be entered in
16496 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16497 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16498 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16499 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16500 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16501 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16502 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16503 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16504 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16505 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16506 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16507 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16508 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16509 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16511 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16512 a second argument which specifies the number of digits after the
16513 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16514 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16515 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16516 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16517 no second argument at all.
16519 @cindex Fractional part of a number
16520 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16521 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16522 modulo 1 using the @code{%} command.
16524 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16525 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16526 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16527 arguments and return the result rounded down to an integer.
16529 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16530 @section Complex Number Functions
16532 @noindent
16533 @kindex J
16534 @pindex calc-conj
16535 @tindex conj
16536 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16537 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16538 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16539 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16540 this command replaces each element by its complex conjugate.
16542 @kindex G
16543 @pindex calc-argument
16544 @tindex arg
16545 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16546 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16547 notation, this is simply the second component of the pair
16548 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16549 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16550 The result is expressed according to the current angular mode and will
16551 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16552 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16554 @pindex calc-imaginary
16555 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16556 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16557 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16558 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16560 @kindex f r
16561 @pindex calc-re
16562 @tindex re
16563 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16564 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16565 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16566 the value part.)
16568 @kindex f i
16569 @pindex calc-im
16570 @tindex im
16571 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16572 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16573 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16575 @ignore
16576 @mindex v p
16577 @end ignore
16578 @kindex v p (complex)
16579 @kindex V p (complex)
16580 @pindex calc-pack
16581 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16582 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16583 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16584 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16585 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16587 @ignore
16588 @mindex v u
16589 @end ignore
16590 @kindex v u (complex)
16591 @kindex V u (complex)
16592 @pindex calc-unpack
16593 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16594 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16595 into its separate components.
16597 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16598 @section Conversions
16600 @noindent
16601 The commands described in this section convert numbers from one form
16602 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16604 @kindex c f
16605 @pindex calc-float
16606 @tindex pfloat
16607 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16608 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16609 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16610 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16611 object such as a complex number or vector, each of the components is
16612 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16613 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16614 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16615 format may lose information.
16617 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16618 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16619 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16620 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16621 it does not notice that the thing being floated is a power.
16622 @xref{Selecting Subformulas}.
16624 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16625 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16626 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16627 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16629 @kindex H c f
16630 @tindex float
16631 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16632 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16633 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16634 is left unevaluated because its argument is not a number.
16636 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16637 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16638 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16639 that appear right now.
16641 @kindex c F
16642 @pindex calc-fraction
16643 @tindex pfrac
16644 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16645 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16646 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16647 input number, to within the current precision.  You can also give a
16648 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16649 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16650 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16651 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16652 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16653 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16654 fraction is correct to within that absolute amount.
16656 @kindex H c F
16657 @tindex frac
16658 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16659 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16660 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16662 @kindex c d
16663 @pindex calc-to-degrees
16664 @tindex deg
16665 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16666 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16667 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16668 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16670 @kindex c r
16671 @pindex calc-to-radians
16672 @tindex rad
16673 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16674 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16676 @kindex c h
16677 @pindex calc-to-hms
16678 @tindex hms
16679 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16680 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16681 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16682 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16683 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16685 @pindex calc-from-hms
16686 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16687 stack into a real number according to the current angular mode.
16689 @kindex c p
16690 @kindex I c p
16691 @pindex calc-polar
16692 @tindex polar
16693 @tindex rect
16694 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16695 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16696 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16697 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16698 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16699 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16700 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16701 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16703 @kindex c c
16704 @pindex calc-clean
16705 @tindex pclean
16706 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16707 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16708 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16709 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16710 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16711 angular mode is different from the one under which the number was
16712 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16713 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16714 number (i.e., pervasively).
16716 If the simplification mode is set below basic simplification, it is raised
16717 for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c} applies the basic
16718 simplifications even if their automatic application is disabled.
16719 @xref{Simplification Modes}.
16721 @cindex Roundoff errors, correcting
16722 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16723 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16724 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16725 prefix decreases the precision by the specified amount.
16727 @kindex c 0-9
16728 @pindex calc-clean-num
16729 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16730 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16731 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16732 decimal place often conveniently does the trick.
16734 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16735 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16736 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16737 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16738 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16739 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16740 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16742 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16743 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16744 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16745 does not clip small numbers.)
16747 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16748 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16749 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16750 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16751 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16752 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16754 @kindex H c 0-9
16755 @kindex H c c
16756 @tindex clean
16757 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16758 operate non-pervasively [@code{clean}].
16760 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16761 @section Date Arithmetic
16763 @noindent
16764 @cindex Date arithmetic, additional functions
16765 The commands described in this section perform various conversions
16766 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16767 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16768 letters.
16770 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16771 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16772 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16773 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16774 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16775 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16777 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16778 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16779 additional argument from the top of the stack.
16781 @menu
16782 * Date Conversions::
16783 * Date Functions::
16784 * Time Zones::
16785 * Business Days::
16786 @end menu
16788 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16789 @subsection Date Conversions
16791 @noindent
16792 @kindex t D
16793 @pindex calc-date
16794 @tindex date
16795 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16796 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD@.  The
16797 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16798 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16799 argument is a number, it converts this number into a date form.
16801 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16802 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16803 of the following ways:
16805 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16806 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16807 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16808 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16809 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16810 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16811 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16812 month will be used.
16814 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16815 pure date form using the current year, as determined by the
16816 real-time clock.
16818 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16819 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16821 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16822 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16823 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16824 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16825 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16826 The last two arguments default to zero if omitted.
16828 @kindex t J
16829 @pindex calc-julian
16830 @tindex julian
16831 @cindex Julian day counts, conversions
16832 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16833 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16834 since noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC@.  A pure date is converted to an
16835 integer Julian count representing noon of that day.  A date/time form
16836 is converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16837 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16838 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16839 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16840 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16841 are never time-zone adjusted.
16843 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16844 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16845 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16846 current or specified time zone.
16848 @kindex t U
16849 @pindex calc-unix-time
16850 @tindex unixtime
16851 @cindex Unix time format, conversions
16852 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16853 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16854 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16855 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16856 precision, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16857 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16858 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16859 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16860 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16861 suppress the adjustment if so.
16863 @kindex t C
16864 @pindex calc-convert-time-zones
16865 @tindex tzconv
16866 @cindex Time Zones, converting between
16867 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16868 command converts a date form from one time zone to another.  You
16869 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16870 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16871 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16872 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16873 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16874 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16876 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16877 @subsection Date Functions
16879 @noindent
16880 @kindex t N
16881 @pindex calc-now
16882 @tindex now
16883 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16884 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16885 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16886 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16888 @kindex t P
16889 @pindex calc-date-part
16890 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16891 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16892 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16893 The various part codes are described in the following paragraphs.
16895 @tindex year
16896 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16897 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16898 following functions will also accept a real number for an
16899 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16900 Note that this function will never return zero, since the year
16901 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16903 @tindex month
16904 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16905 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16907 @tindex day
16908 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16909 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16911 @tindex hour
16912 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16913 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16914 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16915 date form.  This function (and the following two) also accept
16916 HMS forms as input.
16918 @tindex minute
16919 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16920 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16922 @tindex second
16923 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16924 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16925 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16926 precision, the result may instead be a floating-point number.
16928 @tindex weekday
16929 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16930 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16931 to 6 (Saturday).
16933 @tindex yearday
16934 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16935 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16936 to 366 (December 31 of a leap year).
16938 @tindex time
16939 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16940 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16941 for a pure date form.
16943 @kindex t M
16944 @pindex calc-new-month
16945 @tindex newmonth
16946 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16947 computes a new date form that represents the first day of the month
16948 specified by the input date.  The result is always a pure date
16949 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16950 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16951 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16952 is greater than the actual number of days in the month, or if
16953 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16955 @kindex t Y
16956 @pindex calc-new-year
16957 @tindex newyear
16958 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16959 computes a new pure date form that represents the first day of
16960 the year specified by the input.  The month, day, and time
16961 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16962 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16963 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16964 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16965 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16966 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16968 @kindex t W
16969 @pindex calc-new-week
16970 @tindex newweek
16971 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16972 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16973 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16974 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16975 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16976 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16978 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16979 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16980 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16981 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16982 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16983 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16984 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16985 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16986 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16987 the time to midnight; hint: how can @code{newweek} be defined in terms
16988 of the @code{weekday} function?).
16990 @ignore
16991 @starindex
16992 @end ignore
16993 @tindex pwday
16994 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16995 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16996 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16997 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16998 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16999 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
17000 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
17001 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
17002 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
17003 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
17004 for any day of the week instead of Sunday.
17006 @kindex t I
17007 @pindex calc-inc-month
17008 @tindex incmonth
17009 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
17010 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
17011 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
17012 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
17013 same, except that if the new month has fewer days the day
17014 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
17015 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
17016 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
17017 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
17018 in this case).
17020 @ignore
17021 @starindex
17022 @end ignore
17023 @tindex incyear
17024 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
17025 a date form by the specified number of years, which may be
17026 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
17027 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
17028 simple equivalents in terms of day arithmetic because
17029 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
17030 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
17031 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
17033 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
17034 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
17035 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
17037 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
17038 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
17040 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
17041 @subsection Business Days
17043 @noindent
17044 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
17045 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
17046 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
17047 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
17048 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
17049 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
17051 @kindex t +
17052 @kindex t -
17053 @tindex badd
17054 @tindex bsub
17055 @pindex calc-business-days-plus
17056 @pindex calc-business-days-minus
17057 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
17058 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
17059 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
17060 one argument must be a date form and the other must be a real
17061 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17062 then a certain amount of time is added as well as a number of
17063 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17064 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17065 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17066 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17067 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17068 case the result is the number of business days between the two
17069 dates.
17071 @cindex @code{Holidays} variable
17072 @vindex Holidays
17073 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17074 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17075 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17076 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17077 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17078 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17079 be any of the following kinds of objects:
17081 @itemize @bullet
17082 @item
17083 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17084 particular days which are to be treated as holidays.
17086 @item
17087 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17088 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17090 @item
17091 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17092 considered to be a holiday.
17094 @item
17095 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17096 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17097 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17098 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17099 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17100 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17101 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17102 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17103 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17105 @item
17106 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17107 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17109 @item
17110 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17111 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17112 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17113 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17114 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17115 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17116 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17117 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17118 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17119 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17121 @item
17122 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17123 are to be considered one business day.  For example, if this
17124 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17125 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17126 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17127 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17128 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17129 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17130 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17131 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17132 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17133 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17134 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17135 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17136 @end itemize
17138 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17139 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17140 then be no difference between business days and calendar days.
17142 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17143 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17144 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17145 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17146 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17147 the number of holidays between two dates.)
17149 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17150 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17151 list between the smallest and largest years that have been involved
17152 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17153 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17154 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17155 only a small range of years, Calc will still work out all the
17156 holidays that fall in that 200-year span.
17158 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17159 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17160 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17161 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17162 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17163 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17164 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17165 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17166 equals the number of actual business days between them.  These
17167 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17168 business days to any date, the difference between the result and the
17169 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17170 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17171 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17172 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17174 @ignore
17175 @starindex
17176 @end ignore
17177 @tindex holiday
17178 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17179 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17180 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17181 business day.
17183 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
17184 @subsection Time Zones
17186 @noindent
17187 @cindex Time zones
17188 @cindex Daylight saving time
17189 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17190 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17191 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17192 provided they can figure out this information.  This section describes
17193 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17194 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17195 can't determine the right correction to use.
17197 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17198 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17199 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17200 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17201 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17202 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17203 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17204 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17205 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17206 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17207 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17208 April 7, 1991.
17210 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17211 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17212 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17213 days between two dates without taking daylight saving into account.
17215 @pindex calc-time-zone
17216 @ignore
17217 @starindex
17218 @end ignore
17219 @tindex tzone
17220 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17221 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17222 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17223 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17224 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17225 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17226 the normal difference.
17228 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17229 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17230 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17231 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17232 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17233 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17234 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17235 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17236 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17238 North American and European time zone names are defined as follows;
17239 note that for each time zone there is one name for standard time,
17240 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17241 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17243 @smallexample
17244 @group
17245 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17246  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17248 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17249  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17251 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17252 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17253 @end group
17254 @end smallexample
17256 @vindex math-tzone-names
17257 To define time zone names that do not appear in the above table,
17258 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17259 is a list of lists describing the different time zone names; its
17260 structure is best explained by an example.  The three entries for
17261 Pacific Time look like this:
17263 @smallexample
17264 @group
17265 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17266   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17267   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17268 @end group
17269 @end smallexample
17271 @cindex @code{TimeZone} variable
17272 @vindex TimeZone
17273 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} will by
17274 default get the time zone and daylight saving information from the
17275 calendar (@pxref{Daylight Saving,Calendar/Diary,The Calendar and the Diary,
17276 emacs,The GNU Emacs Manual}).  To use a different time zone, or if the
17277 calendar does not give the desired result, you can set the Calc variable
17278 @code{TimeZone} (which is by default @code{nil}) to an appropriate
17279 time zone name.  (The easiest way to do this is to edit the
17280 @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T} command, then use the
17281 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save the value of
17282 @code{TimeZone} permanently.)
17283 If the time zone given by @code{TimeZone} is a generalized time zone,
17284 e.g., @code{EGT}, Calc examines the date being converted to tell whether
17285 to use standard or daylight saving time.  But if the current time zone
17286 is explicit, e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is
17287 used exactly and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17288 The special time zone name @code{local}
17289 is equivalent to no argument; i.e., it uses the information obtained
17290 from the calendar.
17292 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17293 arguments do the same thing as @samp{tzone()}; namely, use the
17294 information from the calendar if @code{TimeZone} is @code{nil},
17295 otherwise use the time zone given by @code{TimeZone}.
17297 @vindex math-daylight-savings-hook
17298 @findex math-std-daylight-savings
17299 When Calc computes the daylight saving information itself (i.e., when
17300 the @code{TimeZone} variable is set), it will by default consider
17301 daylight saving time to begin at 2 a.m.@: on the second Sunday of March
17302 (for years from 2007 on) or on the last Sunday in April (for years
17303 before 2007), and to end at 2 a.m.@: on the first Sunday of
17304 November. (for years from 2007 on) or the last Sunday in October (for
17305 years before 2007).  These are the rules that have been in effect in
17306 much of North America since 1966 and take into account the rule change
17307 that began in 2007.  If you are in a country that uses different rules
17308 for computing daylight saving time, you have two choices: Write your own
17309 daylight saving hook, or control time zones explicitly by setting the
17310 @code{TimeZone} variable and/or always giving a time-zone argument for
17311 the conversion functions.
17313 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17314 name of a function that is used to compute the daylight saving
17315 adjustment for a given date.  The default is
17316 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17317 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17319 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17320 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17321 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17322 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17323 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17324 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17325 converting into a generalized time zone (see below).
17327 @findex math-prev-weekday-in-month
17328 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17329 daylight saving computations.  This is an internal version of
17330 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17331 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17332 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17333 and the weekday number (0--6).
17335 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17336 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17337 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17338 depending on the year number, but the default hook always uses the
17339 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17340 daylight saving hook:
17342 @smallexample
17343 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17344   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17345         ((= (nth 1 dt) 4)
17346          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17347            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17348                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17349                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17350                  (t -1))))
17351         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17352         ((= (nth 1 dt) 10)
17353          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17354            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17355                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17356                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17357                  (t 0))))
17358         (t 0))
17360 @end smallexample
17362 @noindent
17363 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17364 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17365 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17366 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17367 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17369 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17370 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17371 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17372 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17373 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17374 form that falls in this hour results in a time value for the first
17375 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour
17376 later).
17378 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17379 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17381 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17382 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17383 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17384 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17385 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17386 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17387 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17388 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17389 that the daylight-saving computation is always done in
17390 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17391 is typically represented in.
17393 @ignore
17394 @starindex
17395 @end ignore
17396 @tindex dsadj
17397 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17398 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17399 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17400 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17401 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17402 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17403 the computation is done for the current time zone.
17405 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17406 @section Financial Functions
17408 @noindent
17409 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17410 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17411 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17413 Note that the rate and the number of intervals given to these
17414 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17415 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17416 in months will give you very wrong answers!
17418 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17419 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17420 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17421 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17423 @menu
17424 * Percentages::
17425 * Future Value::
17426 * Present Value::
17427 * Related Financial Functions::
17428 * Depreciation Functions::
17429 * Definitions of Financial Functions::
17430 @end menu
17432 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17433 @subsection Percentages
17435 @kindex M-%
17436 @pindex calc-percent
17437 @tindex %
17438 @tindex percent
17439 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17440 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17441 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17442 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17444 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17445 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17446 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17447 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17448 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17449 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17450 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17451 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17453 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17454 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17455 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17456 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17457 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17458 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17460 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17461 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17462 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17463 represents a rate of 540 percent!
17465 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17466 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17467 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17469 @kindex c %
17470 @pindex calc-convert-percent
17471 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17472 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17473 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17474 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17475 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17476 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17477 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17479 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17480 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17481 @samp{25%}.
17483 @kindex b %
17484 @pindex calc-percent-change
17485 @tindex relch
17486 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17487 calculates the percentage change from one number to another.
17488 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17489 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17490 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17491 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17492 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17493 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17494 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17495 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17497 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17498 @subsection Future Value
17500 @noindent
17501 @kindex b F
17502 @pindex calc-fin-fv
17503 @tindex fv
17504 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17505 the future value of an investment.  It takes three arguments
17506 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17507 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17508 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17509 year, then this function tells you what your investment would be
17510 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17511 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17512 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17513 occur at the @emph{end} of each interval.
17515 @kindex I b F
17516 @tindex fvb
17517 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17518 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17519 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17520 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17521 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17522 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17523 Using the stack, this calculation would have been
17524 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17525 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17527 @kindex H b F
17528 @tindex fvl
17529 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17530 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17531 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17532 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17534 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17535 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17536 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17537 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17538 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17540 To illustrate the relationships between these functions, we could
17541 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17542 final balance will be the sum of the contributions of our five
17543 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17544 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17545 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17546 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17547 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17548 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17549 by @code{fvb} directly.
17551 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17552 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17553 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17554 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17555 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17556 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17557 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17559 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17560 @subsection Present Value
17562 @noindent
17563 @kindex b P
17564 @pindex calc-fin-pv
17565 @tindex pv
17566 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17567 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17568 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17569 It computes the present value of a series of regular payments.
17570 Suppose you have the chance to make an investment that will
17571 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17572 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17573 You want to know whether it is better to make the investment, or
17574 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17575 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17576 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17577 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17578 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17580 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17581 trying to compare the return from the investment you are
17582 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17583 the return from leaving the money in the bank, which is
17584 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17585 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17586 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17587 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17588 the largest amount you should be willing to invest.
17590 @kindex I b P
17591 @tindex pvb
17592 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17593 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17594 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17595 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17596 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17597 earning interest on the return from our investment sooner.
17599 @kindex H b P
17600 @tindex pvl
17601 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17602 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17603 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17604 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17605 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17606 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17607 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17609 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17610 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17611 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17613 @kindex b N
17614 @pindex calc-fin-npv
17615 @tindex npv
17616 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17617 the net present value of a series of irregular investments.
17618 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17619 a vector which represents the expected return from the investment
17620 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17621 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17622 from the first year, second year, and so on.
17624 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17625 Obviously this function is more interesting when the payments are
17626 not all the same!
17628 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17629 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17630 vector statistical functions like @code{vsum}.
17631 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17632 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17633 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17634 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17635 payment values or vectors to take from the stack.
17637 @kindex I b N
17638 @tindex npvb
17639 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17640 value where payments occur at the beginning of each interval
17641 rather than at the end.
17643 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17644 @subsection Related Financial Functions
17646 @noindent
17647 The functions in this section are basically inverses of the
17648 present value functions with respect to the various arguments.
17650 @kindex b M
17651 @pindex calc-fin-pmt
17652 @tindex pmt
17653 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17654 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17655 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17656 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17657 @var{payment}) = @var{amount}}.
17659 @kindex I b M
17660 @tindex pmtb
17661 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17662 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17663 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17664 represents an initial lump-sum investment.
17666 @kindex H b M
17667 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17668 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17670 @kindex b #
17671 @pindex calc-fin-nper
17672 @tindex nper
17673 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17674 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17675 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17676 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17677 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17678 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17679 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17681 @kindex I b #
17682 @tindex nperb
17683 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17684 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17685 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17686 rather slow in the four-argument case.
17688 @kindex H b #
17689 @tindex nperl
17690 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17691 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17692 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17693 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17694 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17696 @kindex b T
17697 @pindex calc-fin-rate
17698 @tindex rate
17699 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17700 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17701 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17702 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17703 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17705 @kindex I b T
17706 @kindex H b T
17707 @tindex rateb
17708 @tindex ratel
17709 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17710 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17711 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17712 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17713 To redo the above example from a different perspective,
17714 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17715 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17717 @kindex b I
17718 @pindex calc-fin-irr
17719 @tindex irr
17720 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17721 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17722 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17723 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17724 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17726 @kindex I b I
17727 @tindex irrb
17728 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17729 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17731 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17732 @subsection Depreciation Functions
17734 @noindent
17735 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17736 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17737 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17738 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17739 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17740 (or other periods) of the expected useful life.
17742 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17743 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17745 @kindex b S
17746 @pindex calc-fin-sln
17747 @tindex sln
17748 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17749 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17750 by the same amount every year (or period).  For example,
17751 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17752 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17753 per year.
17755 @kindex b Y
17756 @pindex calc-fin-syd
17757 @tindex syd
17758 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17759 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17760 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17761 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17762 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17763 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17764 return zero.
17766 @kindex b D
17767 @pindex calc-fin-ddb
17768 @tindex ddb
17769 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17770 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17771 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17773 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17774 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17775 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17777 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17778 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17779 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17780 the three depreciation methods:
17782 @example
17783 @group
17784 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17785   [ 2000, 2667, 2880 ]
17786   [ 2000, 2000, 1728 ]
17787   [ 2000, 1333,  592 ]
17788   [ 2000,  667,   0  ] ]
17789 @end group
17790 @end example
17792 @noindent
17793 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17794 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17795 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17796 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17798 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17799 the total depreciation in any method is (by definition) the
17800 difference between the cost and the salvage value.
17802 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17803 @subsection Definitions
17805 @noindent
17806 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17807 Calc's financial functions.
17809 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17810 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17811 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17812 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17813 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17814 integrals or solving equations involving the functions.
17816 @ifnottex
17817 These formulas are shown using the conventions of Big display
17818 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17819 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17821 @example
17822                                         n
17823                               (1 + rate)  - 1
17824 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17825                                    rate
17827                                          n
17828                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17829 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17830                                          rate
17832                                         n
17833 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17835                                             -n
17836                               1 - (1 + rate)
17837 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17838                                     rate
17840                                              -n
17841                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17842 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17843                                          rate
17845                                         -n
17846 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17848                                     -1               -2               -3
17849 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17851                                         -1               -2
17852 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17854                                              -n
17855                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17856 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17857                                              -n
17858                                1 - (1 + rate)
17860                                              -n
17861                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17862 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17863                                         -n
17864                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17866                                    amt * rate
17867 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17868                                       pmt
17870                                     amt * rate
17871 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17872                                   pmt * (1 + rate)
17874                               amt
17875 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17876                               pmt
17878                            1/n
17879                         pmt
17880 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17881                            1/n
17882                         amt
17884                         cost - salv
17885 sln(cost, salv, life) = -----------
17886                            life
17888                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17889 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17890                                   life * (life + 1) / 2
17892                              book * 2
17893 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17894                                life
17895 @end example
17896 @end ifnottex
17897 @tex
17898 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17899 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17900 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17901 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17902 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17903 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17904 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17905 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17906 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17907 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17908                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17909 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17910 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17911 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17912 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17913 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17914 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17915 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17916 @end tex
17918 @noindent
17919 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17921 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17922 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17923 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17924 all sorts of inputs.
17926 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17927 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17928 returning a (financially meaningless) complex number.
17930 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17931 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17932 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17933 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17934 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17935 directly; its formula is shown in the above list.
17937 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17938 for @samp{rate}.
17940 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17941 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17942 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17944 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17945 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17946 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17948 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17949 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17950 formula for the specified number of periods.  If the book value
17951 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17952 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17953 function returns the amount the book value decreased in the specified
17954 period.
17956 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17957 @section Binary Number Functions
17959 @noindent
17960 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17961 the @kbd{b} prefix.
17963 @cindex Binary numbers
17964 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17965 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17966 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17967 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17968 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17970 @cindex Word size for binary operations
17971 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
17972 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17973 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
17974 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17975 @expr{2^w} by all binary functions.
17977 If the word size is negative, binary operations produce twos-complement
17978 integers from
17979 @texline @math{-2^{-w-1}}
17980 @infoline @expr{-(2^(-w-1))}
17982 @texline @math{2^{-w-1}-1}
17983 @infoline @expr{2^(-w-1)-1}
17984 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
17985 @expr{w} affects only the results produced.
17987 @kindex b c
17988 @pindex calc-clip
17989 @tindex clip
17990 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17991 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17992 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17993 their results to the current word size.  Note that other operations like
17994 addition do not use the current word size, since integer addition
17995 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17996 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17997 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17998 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
18000 @kindex b w
18001 @pindex calc-word-size
18002 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
18003 rotates allow you to specify a different word size for that one
18004 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
18005 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
18006 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
18007 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
18008 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
18010 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
18011 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
18012 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
18013 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
18014 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
18015 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
18016 integer-valued floats.
18018 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
18019 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
18020 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
18021 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
18023 @kindex b a
18024 @pindex calc-and
18025 @tindex and
18026 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
18027 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
18028 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
18029 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
18030 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
18032 @kindex b o
18033 @pindex calc-or
18034 @tindex or
18035 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
18036 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
18037 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
18039 @kindex b x
18040 @pindex calc-xor
18041 @tindex xor
18042 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
18043 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
18044 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
18046 @kindex b d
18047 @pindex calc-diff
18048 @tindex diff
18049 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
18050 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
18051 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
18053 @kindex b n
18054 @pindex calc-not
18055 @tindex not
18056 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
18057 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
18059 @kindex b l
18060 @pindex calc-lshift-binary
18061 @tindex lsh
18062 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18063 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18064 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18065 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18066 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18067 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18069 @kindex H b l
18070 @kindex H b r
18071 @ignore
18072 @mindex @idots
18073 @end ignore
18074 @kindex H b L
18075 @ignore
18076 @mindex @null
18077 @end ignore
18078 @kindex H b R
18079 @ignore
18080 @mindex @null
18081 @end ignore
18082 @kindex H b t
18083 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18084 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18085 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18086 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18087 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18089 @kindex b r
18090 @pindex calc-rshift-binary
18091 @tindex rsh
18092 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18093 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18094 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18096 @kindex b L
18097 @pindex calc-lshift-arith
18098 @tindex ash
18099 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18100 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18101 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18102 is performed as described below.
18104 @kindex b R
18105 @pindex calc-rshift-arith
18106 @tindex rash
18107 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18108 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18109 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18110 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18111 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18112 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18113 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18114 performs a standard left shift.
18116 @kindex b t
18117 @pindex calc-rotate-binary
18118 @tindex rot
18119 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18120 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18121 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18122 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18123 or right.
18125 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18126 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18127 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18128 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18129 bits in a binary integer.
18131 Another interesting use of the set representation of binary integers
18132 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18133 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18134 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18135 into a binary integer.
18137 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18138 @chapter Scientific Functions
18140 @noindent
18141 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18142 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18143 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18144 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18146 @kindex P
18147 @pindex calc-pi
18148 @cindex @code{pi} variable
18149 @vindex pi
18150 @kindex H P
18151 @cindex @code{e} variable
18152 @vindex e
18153 @kindex I P
18154 @cindex @code{gamma} variable
18155 @vindex gamma
18156 @cindex Gamma constant, Euler's
18157 @cindex Euler's gamma constant
18158 @kindex H I P
18159 @cindex @code{phi} variable
18160 @cindex Phi, golden ratio
18161 @cindex Golden ratio
18162 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18163 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18164 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18165 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant
18166 @texline @math{\gamma}
18167 @infoline @expr{gamma}
18168 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18169 pushes the ``golden ratio''
18170 @texline @math{\phi}
18171 @infoline @expr{phi}
18172 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18173 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18174 In Symbolic mode, these commands push the
18175 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18176 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18178 @ignore
18179 @mindex Q
18180 @end ignore
18181 @ignore
18182 @mindex I Q
18183 @end ignore
18184 @kindex I Q
18185 @tindex sqr
18186 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18187 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18188 computes the square of the argument.
18190 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18191 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18192 interpret a prefix argument.
18194 @menu
18195 * Logarithmic Functions::
18196 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18197 * Advanced Math Functions::
18198 * Branch Cuts::
18199 * Random Numbers::
18200 * Combinatorial Functions::
18201 * Probability Distribution Functions::
18202 @end menu
18204 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18205 @section Logarithmic Functions
18207 @noindent
18208 @kindex L
18209 @pindex calc-ln
18210 @tindex ln
18211 @ignore
18212 @mindex @null
18213 @end ignore
18214 @kindex I E
18215 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18216 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18217 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18218 this is redundant with the @kbd{E} command.
18220 @kindex E
18221 @pindex calc-exp
18222 @tindex exp
18223 @ignore
18224 @mindex @null
18225 @end ignore
18226 @kindex I L
18227 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18228 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18229 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18230 the @code{calc-ln} command.
18232 @kindex H L
18233 @kindex H E
18234 @pindex calc-log10
18235 @tindex log10
18236 @tindex exp10
18237 @ignore
18238 @mindex @null
18239 @end ignore
18240 @kindex H I L
18241 @ignore
18242 @mindex @null
18243 @end ignore
18244 @kindex H I E
18245 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18246 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18247 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18248 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18250 @texline @math{\ln10}.
18251 @infoline @expr{ln(10)}.
18253 @kindex B
18254 @kindex I B
18255 @pindex calc-log
18256 @tindex log
18257 @tindex alog
18258 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18259 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18260 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18261 @infoline @expr{2^10 = 1024}.
18262 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18263 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18264 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18265 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18267 @kindex f I
18268 @pindex calc-ilog
18269 @tindex ilog
18270 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18271 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18272 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18273 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18274 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18275 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18276 @samp{floor(log(x,b))}.
18278 @kindex f E
18279 @pindex calc-expm1
18280 @tindex expm1
18281 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18282 @texline @math{e^x - 1},
18283 @infoline @expr{exp(x)-1},
18284 but using an algorithm that produces a more accurate
18285 answer when the result is close to zero, i.e., when
18286 @texline @math{e^x}
18287 @infoline @expr{exp(x)}
18288 is close to one.
18290 @kindex f L
18291 @pindex calc-lnp1
18292 @tindex lnp1
18293 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18294 @texline @math{\ln(x+1)},
18295 @infoline @expr{ln(x+1)},
18296 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18298 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18299 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18301 @noindent
18302 @kindex S
18303 @pindex calc-sin
18304 @tindex sin
18305 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18306 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18307 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18308 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18309 on complex numbers.
18311 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18312 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18313 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18314 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18315 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18317 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18318 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18319 the default algebraic simplifications recognize many such
18320 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18321 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18322 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18323 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18324 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18325 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18326 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18328 Calc's algebraic simplifications know all angles which are integer multiples of
18329 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18330 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18331 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18333 @kindex I S
18334 @pindex calc-arcsin
18335 @tindex arcsin
18336 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18337 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18338 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18339 notation depending on the current angular mode.
18341 @kindex H S
18342 @pindex calc-sinh
18343 @tindex sinh
18344 @kindex H I S
18345 @pindex calc-arcsinh
18346 @tindex arcsinh
18347 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18348 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18349 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18350 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18352 @kindex C
18353 @pindex calc-cos
18354 @tindex cos
18355 @ignore
18356 @mindex @idots
18357 @end ignore
18358 @kindex I C
18359 @pindex calc-arccos
18360 @ignore
18361 @mindex @null
18362 @end ignore
18363 @tindex arccos
18364 @ignore
18365 @mindex @null
18366 @end ignore
18367 @kindex H C
18368 @pindex calc-cosh
18369 @ignore
18370 @mindex @null
18371 @end ignore
18372 @tindex cosh
18373 @ignore
18374 @mindex @null
18375 @end ignore
18376 @kindex H I C
18377 @pindex calc-arccosh
18378 @ignore
18379 @mindex @null
18380 @end ignore
18381 @tindex arccosh
18382 @ignore
18383 @mindex @null
18384 @end ignore
18385 @kindex T
18386 @pindex calc-tan
18387 @ignore
18388 @mindex @null
18389 @end ignore
18390 @tindex tan
18391 @ignore
18392 @mindex @null
18393 @end ignore
18394 @kindex I T
18395 @pindex calc-arctan
18396 @ignore
18397 @mindex @null
18398 @end ignore
18399 @tindex arctan
18400 @ignore
18401 @mindex @null
18402 @end ignore
18403 @kindex H T
18404 @pindex calc-tanh
18405 @ignore
18406 @mindex @null
18407 @end ignore
18408 @tindex tanh
18409 @ignore
18410 @mindex @null
18411 @end ignore
18412 @kindex H I T
18413 @pindex calc-arctanh
18414 @ignore
18415 @mindex @null
18416 @end ignore
18417 @tindex arctanh
18418 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18419 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18420 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18421 variants of these functions.
18423 @kindex f T
18424 @pindex calc-arctan2
18425 @tindex arctan2
18426 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18427 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18428 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18429 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18430 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18431 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18432 since the division loses information about the signs of the two
18433 components, and an error might result from an explicit division by zero
18434 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18435 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18437 @pindex calc-sincos
18438 @ignore
18439 @starindex
18440 @end ignore
18441 @tindex sincos
18442 @ignore
18443 @starindex
18444 @end ignore
18445 @ignore
18446 @mindex arc@idots
18447 @end ignore
18448 @tindex arcsincos
18449 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18450 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18451 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18452 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18453 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18454 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18456 @pindex calc-sec
18457 @tindex sec
18458 @pindex calc-csc
18459 @tindex csc
18460 @pindex calc-cot
18461 @tindex cot
18462 @pindex calc-sech
18463 @tindex sech
18464 @pindex calc-csch
18465 @tindex csch
18466 @pindex calc-coth
18467 @tindex coth
18468 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18469 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-cot} [@code{cot}], are also
18470 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18471 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18472 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-coth}
18473 [@code{coth}].  (These commands do not accept the Inverse flag.)
18475 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18476 @section Advanced Mathematical Functions
18478 @noindent
18479 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18480 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18481 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18482 will work to arbitrarily large precision.  They can not at present
18483 handle error forms or intervals as arguments.
18485 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18486 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18487 current precision comfortably higher than you actually need when
18488 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18489 slow for some values of the arguments.
18491 @kindex f g
18492 @pindex calc-gamma
18493 @tindex gamma
18494 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18495 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18496 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18497 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18498 integral:
18499 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18500 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.
18501 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18503 @kindex f G
18504 @tindex gammaP
18505 @ignore
18506 @mindex @idots
18507 @end ignore
18508 @kindex I f G
18509 @ignore
18510 @mindex @null
18511 @end ignore
18512 @kindex H f G
18513 @ignore
18514 @mindex @null
18515 @end ignore
18516 @kindex H I f G
18517 @pindex calc-inc-gamma
18518 @ignore
18519 @mindex @null
18520 @end ignore
18521 @tindex gammaQ
18522 @ignore
18523 @mindex @null
18524 @end ignore
18525 @tindex gammag
18526 @ignore
18527 @mindex @null
18528 @end ignore
18529 @tindex gammaG
18530 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18531 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18532 the integral,
18533 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18534 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18535 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18536 definition of the normal gamma function).
18538 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18539 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18540 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18541 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18542 @expr{x} to infinity.
18544 @ifnottex
18545 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18546 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18547 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18548 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18549 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18550 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18551 @end ifnottex
18552 @tex
18553 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18554 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18555 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18556 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18557 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18558 @end tex
18560 @kindex f b
18561 @pindex calc-beta
18562 @tindex beta
18563 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18564 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18565 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18566 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)},
18567 or by
18568 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18569 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18571 @kindex f B
18572 @kindex H f B
18573 @pindex calc-inc-beta
18574 @tindex betaI
18575 @tindex betaB
18576 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18577 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18578 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18579 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18580 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18581 un-normalized version [@code{betaB}].
18583 @kindex f e
18584 @kindex I f e
18585 @pindex calc-erf
18586 @tindex erf
18587 @tindex erfc
18588 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18589 error function
18590 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18591 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18592 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18593 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18594 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18595 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18597 @kindex f j
18598 @kindex f y
18599 @pindex calc-bessel-J
18600 @pindex calc-bessel-Y
18601 @tindex besJ
18602 @tindex besY
18603 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18604 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18605 functions of the first and second kinds, respectively.
18606 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18607 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18608 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18609 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18610 Use with care!
18612 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18613 @section Branch Cuts and Principal Values
18615 @noindent
18616 @cindex Branch cuts
18617 @cindex Principal values
18618 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18619 defined for complex numbers as well as for reals.
18620 This section describes the values
18621 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18622 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18623 second edition, in these matters.  This section will describe each
18624 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18625 diagrams), consult Steele's book.
18627 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18628 changed between the first and second editions of Steele.  Recent
18629 versions of Calc follow the second edition.
18631 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18632 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18633 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18634 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18635 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18636 or II and IV for @code{arctanh}.
18638 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18639 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18640 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18641 and wait a while to get suitable answers from them.
18643 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18644 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18645 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18646 in the right half of the complex plane.
18648 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18649 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18650 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18651 negative real axis.
18653 The following table describes these branch cuts in another way.
18654 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18655 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18656 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18657 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18659 @smallexample
18660      z           sqrt(z)       ln(z)
18661 ----------------------------------------
18662    +,   0         +,  0       any, 0
18663    -,   0         0,  +       any, pi
18664    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18665    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18666 @end smallexample
18668 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18669 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18670 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18671 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18672 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18673 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18675 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18676 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18678 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18679 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18680 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18682 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18683 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18684 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18686 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18687 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18688 above @expr{i}.
18690 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18691 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18692 real axis less than 1.
18694 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18695 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18697 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18698 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18699 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18701 @smallexample
18702        z             arcsin(z)            arccos(z)
18703 -------------------------------------------------------
18704  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18705  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18706  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18707    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18708    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18709    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18710     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18711     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18712     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18713 @end smallexample
18715 @smallexample
18716        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18717 -----------------------------------------------------
18718  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18719  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18720  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18721    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18722    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18723    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18724     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18725     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18726     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18727 @end smallexample
18729 @smallexample
18730        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18731 -----------------------------------------------------
18732    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18733    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18734  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18735  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18736    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18737  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18738  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18739 @end smallexample
18741 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18742 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18743 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18745 @smallexample
18746 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18747 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18748 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18749 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18750 @end smallexample
18752 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18753 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18754 are not rigorously specified at present.
18756 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18757 @section Random Numbers
18759 @noindent
18760 @kindex k r
18761 @pindex calc-random
18762 @tindex random
18763 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18764 random numbers of various sorts.
18766 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18767 integer @expr{N} in the range
18768 @texline @math{0 \le N < M}.
18769 @infoline @expr{0 <= N < M}.
18770 Each possible value @expr{N} appears with equal probability.
18772 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18773 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18774 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18775 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18776 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18777 the result is a random integer in the range
18778 @texline @math{M < N \le 0}.
18779 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18781 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18782 is a random floating-point number @expr{N} in the range
18783 @texline @math{0 \le N < M}
18784 @infoline @expr{0 <= N < M}
18786 @texline @math{M < N \le 0},
18787 @infoline @expr{M < N <= 0},
18788 according to the sign of @expr{M}.
18790 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18791 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18792 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18793 every other call to this function will be especially fast.
18795 If @expr{M} is an error form
18796 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18797 @infoline @samp{m +/- s}
18798 where @var{m} and
18799 @texline @math{\sigma}
18800 @infoline @var{s}
18801 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18802 @var{m} and standard deviation
18803 @texline @math{\sigma}.
18804 @infoline @var{s}.
18806 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18807 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18808 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18809 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18810 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18811 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18812 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18813 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18814 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18815 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18816 extremely small.)
18818 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18819 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18821 @vindex RandSeed
18822 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18823 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18824 the current time and other information.  You can get a reproducible
18825 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18826 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18827 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18828 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18829 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18830 from the current time.  If you store the same integer that you used
18831 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18832 of random numbers as before.
18834 @pindex calc-rrandom
18835 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18836 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18838 @kindex k a
18839 @pindex calc-random-again
18840 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18841 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18842 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18843 that value of @expr{M}.
18845 @kindex k h
18846 @pindex calc-shuffle
18847 @tindex shuffle
18848 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18849 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18850 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18851 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18852 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18853 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18854 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18856 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18857 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18858 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18859 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18860 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18861 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18862 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18863 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18864 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18865 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18866 each make it into the result vector.)
18868 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18869 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18870 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18871 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18872 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18873 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18874 a small discrete set of possibilities.
18876 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18877 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18878 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18879 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18880 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18882 @menu
18883 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18884 @end menu
18886 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18887 @subsection Random Number Generator
18889 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18890 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18891 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18892 of the theory of random number generators and their measurement and
18893 characterization.
18895 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs's built-in
18896 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18897 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18898 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18900 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18901 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18902 random number sequence will be different every time you use Calc.
18904 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18905 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18906 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18907 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18908 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18909 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18910 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18911 generators that are typically used to implement @code{random}.
18913 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18914 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18915 computing
18916 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18917 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).
18918 This method expands the seed
18919 value into a large table which is maintained internally; the variable
18920 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18921 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18922 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18923 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18924 way to extract the complete state of the random number generator
18925 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18926 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18927 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18928 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18929 to reseed the generator with that number.
18931 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18932 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18933 to generate a new random number, it uses the previous number to
18934 index into the table, picks the value it finds there as the new
18935 random number, then replaces that table entry with a new value
18936 obtained from a call to the base random number generator (either
18937 the additive congruential generator or the @code{random} function
18938 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18939 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18940 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18941 damage its randomness.
18943 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18944 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18945 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18946 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18947 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18948 value.
18950 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18951 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18952 @texline @math{10^{-p}}.
18953 @infoline @expr{10^-p}.
18954 The resulting random numbers should be very clean, but note
18955 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18956 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18957 numbers on the order of
18958 @texline @math{10^{-9}}
18959 @infoline @expr{10^-9}
18961 @texline @math{10^{-10}},
18962 @infoline @expr{10^-10},
18963 but those numbers will only have two or three random digits since they
18964 correspond to small integers times
18965 @texline @math{10^{-12}}.
18966 @infoline @expr{10^-12}.
18968 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18969 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18970 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18971 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18972 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18973 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18974 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18975 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18976 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18977 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18979 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18980 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C@.  This method
18981 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18982 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18984 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18985 @section Combinatorial Functions
18987 @noindent
18988 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18989 @kbd{k} key prefix.
18991 @kindex k g
18992 @pindex calc-gcd
18993 @tindex gcd
18994 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18995 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18996 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18997 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18998 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18999 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
19000 the operation is left in symbolic form.
19002 @kindex k l
19003 @pindex calc-lcm
19004 @tindex lcm
19005 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
19006 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
19007 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
19008 numbers.
19010 @kindex k E
19011 @pindex calc-extended-gcd
19012 @tindex egcd
19013 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
19014 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
19015 @expr{[g, a, b]} where
19016 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
19017 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
19019 @kindex !
19020 @pindex calc-factorial
19021 @tindex fact
19022 @ignore
19023 @mindex @null
19024 @end ignore
19025 @tindex !
19026 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
19027 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
19028 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
19029 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
19030 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
19031 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
19032 large factorials can be slow; using floating-point format will help
19033 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
19034 the commands in this section.
19036 @kindex k d
19037 @pindex calc-double-factorial
19038 @tindex dfact
19039 @ignore
19040 @mindex @null
19041 @end ignore
19042 @tindex !!
19043 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
19044 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
19045 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
19046 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
19047 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
19048 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
19049 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
19051 @kindex k c
19052 @pindex calc-choose
19053 @tindex choose
19054 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
19055 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
19056 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
19057 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
19058 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
19059 real numbers by
19060 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19061 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19063 @kindex H k c
19064 @pindex calc-perm
19065 @tindex perm
19066 @ifnottex
19067 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19068 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19069 @end ifnottex
19070 @tex
19071 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19072 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19073 @end tex
19075 @kindex k b
19076 @kindex H k b
19077 @pindex calc-bernoulli-number
19078 @tindex bern
19079 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19080 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19081 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19082 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19083 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19084 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19085 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19087 @kindex k e
19088 @kindex H k e
19089 @pindex calc-euler-number
19090 @tindex euler
19091 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19092 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19093 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19094 functions.
19096 @kindex k s
19097 @kindex H k s
19098 @pindex calc-stirling-number
19099 @tindex stir1
19100 @tindex stir2
19101 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19102 computes a Stirling number of the first
19103 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19104 @infoline kind,
19105 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19106 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second
19107 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19108 @infoline kind.
19109 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19110 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19111 non-empty sets, respectively.
19113 @kindex k p
19114 @pindex calc-prime-test
19115 @cindex Primes
19116 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19117 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19118 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19119 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19120 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19121 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19122 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19123 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19124 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19125 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19126 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19127 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19128 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19130 @ignore
19131 @starindex
19132 @end ignore
19133 @tindex prime
19134 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19135 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19136 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19137 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19138 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19139 is (probably) prime and 0 if not.
19141 @kindex k f
19142 @pindex calc-prime-factors
19143 @tindex prfac
19144 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19145 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19146 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19147 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19148 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19149 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19150 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19151 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19152 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19154 @kindex k n
19155 @pindex calc-next-prime
19156 @ignore
19157 @mindex nextpr@idots
19158 @end ignore
19159 @tindex nextprime
19160 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19161 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19162 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19163 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19164 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19165 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19166 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19167 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19168 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19169 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19170 prime.
19172 @kindex I k n
19173 @pindex calc-prev-prime
19174 @ignore
19175 @mindex prevpr@idots
19176 @end ignore
19177 @tindex prevprime
19178 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19179 analogously finds the next prime less than a given number.
19181 @kindex k t
19182 @pindex calc-totient
19183 @tindex totient
19184 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19185 Euler ``totient''
19186 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19187 @infoline function,
19188 the number of integers less than @expr{n} which
19189 are relatively prime to @expr{n}.
19191 @kindex k m
19192 @pindex calc-moebius
19193 @tindex moebius
19194 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19195 @texline M@"obius @math{\mu}
19196 @infoline Moebius ``mu''
19197 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19198 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19199 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19200 the result is zero.
19202 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19203 @section Probability Distribution Functions
19205 @noindent
19206 The functions in this section compute various probability distributions.
19207 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19208 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19209 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19210 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19211 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19212 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19213 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19215 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19216 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19217 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19218 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19219 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19220 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19222 @kindex k B
19223 @kindex I k B
19224 @pindex calc-utpb
19225 @tindex utpb
19226 @tindex ltpb
19227 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19228 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19229 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19230 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19231 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19232 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19233 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19235 The other probability distribution functions similarly take the
19236 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19237 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19238 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19239 the random variable first, then whatever other parameters define the
19240 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19241 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19242 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19243 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19244 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19245 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19247 @kindex k C
19248 @pindex calc-utpc
19249 @tindex utpc
19250 @ignore
19251 @mindex @idots
19252 @end ignore
19253 @kindex I k C
19254 @ignore
19255 @mindex @null
19256 @end ignore
19257 @tindex ltpc
19258 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19259 @texline @math{\nu}
19260 @infoline @expr{v}
19261 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19262 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19264 @kindex k F
19265 @pindex calc-utpf
19266 @tindex utpf
19267 @ignore
19268 @mindex @idots
19269 @end ignore
19270 @kindex I k F
19271 @ignore
19272 @mindex @null
19273 @end ignore
19274 @tindex ltpf
19275 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19276 various statistical tests.  The parameters
19277 @texline @math{\nu_1}
19278 @infoline @expr{v1}
19280 @texline @math{\nu_2}
19281 @infoline @expr{v2}
19282 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19283 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19285 @kindex k N
19286 @pindex calc-utpn
19287 @tindex utpn
19288 @ignore
19289 @mindex @idots
19290 @end ignore
19291 @kindex I k N
19292 @ignore
19293 @mindex @null
19294 @end ignore
19295 @tindex ltpn
19296 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19297 with mean @expr{m} and standard deviation
19298 @texline @math{\sigma}.
19299 @infoline @expr{s}.
19300 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19301 would exceed @expr{x}.
19303 @kindex k P
19304 @pindex calc-utpp
19305 @tindex utpp
19306 @ignore
19307 @mindex @idots
19308 @end ignore
19309 @kindex I k P
19310 @ignore
19311 @mindex @null
19312 @end ignore
19313 @tindex ltpp
19314 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19315 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19316 Poisson random events will occur.
19318 @kindex k T
19319 @pindex calc-ltpt
19320 @tindex utpt
19321 @ignore
19322 @mindex @idots
19323 @end ignore
19324 @kindex I k T
19325 @ignore
19326 @mindex @null
19327 @end ignore
19328 @tindex ltpt
19329 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19330 with
19331 @texline @math{\nu}
19332 @infoline @expr{v}
19333 degrees of freedom.  It is the probability that a
19334 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19335 (Note:  This computes the distribution function
19336 @texline @math{A(t|\nu)}
19337 @infoline @expr{A(t|v)}
19338 where
19339 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19340 @infoline @expr{A(0|v) = 1}
19342 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19343 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.
19344 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19345 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19347 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19348 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19349 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19350 to be able to find a solution given any initial guess.
19351 @xref{Numerical Solutions}.
19353 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19354 @chapter Vector/Matrix Functions
19356 @noindent
19357 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19358 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19359 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19360 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19361 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19363 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19364 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19365 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19366 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19367 vector of matrices, and so on.)
19369 @menu
19370 * Packing and Unpacking::
19371 * Building Vectors::
19372 * Extracting Elements::
19373 * Manipulating Vectors::
19374 * Vector and Matrix Arithmetic::
19375 * Set Operations::
19376 * Statistical Operations::
19377 * Reducing and Mapping::
19378 * Vector and Matrix Formats::
19379 @end menu
19381 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19382 @section Packing and Unpacking
19384 @noindent
19385 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19386 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19387 described in this chapter because they are most often used to build
19388 vectors.
19390 @kindex v p
19391 @kindex V p
19392 @pindex calc-pack
19393 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19394 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19395 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19396 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19397 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19398 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19399 five stack elements and push back a single vector of those five
19400 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19402 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19403 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19404 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19405 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19407 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19409 @table @cite
19410 @item -1
19411 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19412 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19413 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19414 number.  The two input values must both be real numbers,
19415 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19416 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19417 other packing modes also create a symbolic answer if the
19418 components are not suitable.)
19420 @item -2
19421 Two values are collected to build a polar complex number.
19422 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19423 in either degrees or radians according to the current angular
19424 mode.
19426 @item -3
19427 Three values are collected into an HMS form.  The first
19428 two values (hours and minutes) must be integers or
19429 integer-valued floats.  The third value may be any real
19430 number.
19432 @item -4
19433 Two values are collected into an error form.  The inputs
19434 may be real numbers or formulas.
19436 @item -5
19437 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19438 must be real numbers.
19440 @item -6
19441 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19442 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19444 @item -7
19445 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19447 @item -8
19448 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19450 @item -9
19451 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19453 @item -10
19454 Two integer values are collected into a fraction.
19456 @item -11
19457 Two values are collected into a floating-point number.
19458 The first is the mantissa; the second, which must be an
19459 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19460 times ten to the power of the exponent.
19462 @item -12
19463 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19464 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19465 is desired.
19467 @item -13
19468 A real number is converted into a date form.
19470 @item -14
19471 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19473 @item -15
19474 Six numbers are packed into a date/time form.
19475 @end table
19477 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19478 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19479 length, the result is another vector made by packing corresponding
19480 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19481 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19482 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19483 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19484 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19485 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19486 numbers modulo @var{M}.
19488 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19489 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19490 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19491 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19492 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19494 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19495 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19496 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19497 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19498 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19500 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19501 packing are done at that level as described above.  For
19502 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19503 @texline @math{2\times3}
19504 @infoline 2x3
19505 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19506 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19507 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19509 @ignore
19510 @starindex
19511 @end ignore
19512 @tindex pack
19513 There is an equivalent algebraic function,
19514 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19515 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19516 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19517 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19518 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19519 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19520 number of data items does not match the number of items required
19521 by the mode.
19523 @kindex v u
19524 @kindex V u
19525 @pindex calc-unpack
19526 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19527 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19528 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19529 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19530 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19531 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19533 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19534 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19535 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19536 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19537 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19538 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19539 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19541 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19542 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19543 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19544 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19545 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19546 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19547 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19548 is not a composite object.
19550 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19551 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19552 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19553 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19554 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19555 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19556 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19557 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19559 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19560 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19561 except that in addition to the components of the input object,
19562 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19563 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19564 original object.
19566 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19567 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19568 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19569 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19571 @ignore
19572 @starindex
19573 @end ignore
19574 @tindex unpack
19575 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19576 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19577 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19578 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19579 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19580 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19582 @ignore
19583 @starindex
19584 @end ignore
19585 @tindex unpackt
19586 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19587 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19588 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19589 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19590 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19591 The identity for re-building the original object is
19592 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19593 @code{apply} function builds a function call given the function
19594 name and a vector of arguments.)
19596 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19597 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19598 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19599 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19601 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19602 @section Building Vectors
19604 @noindent
19605 Vectors and matrices can be added,
19606 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19608 @kindex |
19609 @pindex calc-concat
19610 @ignore
19611 @mindex @null
19612 @end ignore
19613 @tindex |
19614 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19615 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19616 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19617 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19618 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19619 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19621 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19622 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19623 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19624 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19625 one-row matrix.
19627 @kindex H |
19628 @tindex append
19629 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19630 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19631 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19632 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19633 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19635 @kindex I |
19636 @kindex H I |
19637 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19638 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19639 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19641 @kindex v d
19642 @kindex V d
19643 @pindex calc-diag
19644 @tindex diag
19645 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19646 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19647 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19648 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19649 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19650 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19651 the prefix argument is required.
19653 To build a constant square matrix, e.g., a
19654 @texline @math{3\times3}
19655 @infoline 3x3
19656 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19657 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19658 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19660 @kindex v i
19661 @kindex V i
19662 @pindex calc-ident
19663 @tindex idn
19664 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19665 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19666 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19667 this command prompts for one.
19669 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19670 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19671 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19672 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19673 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19674 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19675 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19676 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19677 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19678 identity matrices are immediately expanded to the current default
19679 dimensions.
19681 @kindex v x
19682 @kindex V x
19683 @pindex calc-index
19684 @tindex index
19685 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19686 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19687 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19688 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19689 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19691 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19692 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19693 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19694 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19695 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19696 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19697 of numbers or formulas.
19699 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19700 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19701 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19702 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19703 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19704 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19706 @kindex v b
19707 @kindex V b
19708 @pindex calc-build-vector
19709 @tindex cvec
19710 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19711 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19712 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19713 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19714 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19715 to build a matrix of copies of that row.)
19717 @kindex v h
19718 @kindex V h
19719 @kindex I v h
19720 @kindex I V h
19721 @pindex calc-head
19722 @pindex calc-tail
19723 @tindex head
19724 @tindex tail
19725 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19726 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19727 function returns the vector with its first element removed.  In both
19728 cases, the argument must be a non-empty vector.
19730 @kindex v k
19731 @kindex V k
19732 @pindex calc-cons
19733 @tindex cons
19734 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19735 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19736 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19737 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19738 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19740 @kindex H v h
19741 @kindex H V h
19742 @tindex rhead
19743 @ignore
19744 @mindex @idots
19745 @end ignore
19746 @kindex H I v h
19747 @kindex H I V h
19748 @ignore
19749 @mindex @null
19750 @end ignore
19751 @kindex H v k
19752 @kindex H V k
19753 @ignore
19754 @mindex @null
19755 @end ignore
19756 @tindex rtail
19757 @ignore
19758 @mindex @null
19759 @end ignore
19760 @tindex rcons
19761 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19762 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19763 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19764 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19765 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19766 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19767 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19769 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19770 @section Extracting Vector Elements
19772 @noindent
19773 @kindex v r
19774 @kindex V r
19775 @pindex calc-mrow
19776 @tindex mrow
19777 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19778 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19779 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19780 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19781 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19782 form of a vector or scalar, respectively.
19784 @cindex Permutations, applying
19785 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19786 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19787 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19788 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19789 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19790 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19792 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19793 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19794 submatrix is returned.
19796 @cindex Subscript notation
19797 @kindex a _
19798 @pindex calc-subscript
19799 @tindex subscr
19800 @tindex _
19801 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19802 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19803 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19804 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19805 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19806 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19807 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19808 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19809 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19810 purely as an algebraic notation.)
19812 @tindex mrrow
19813 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19814 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19815 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19816 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19817 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19819 @tindex getdiag
19820 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19821 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19822 function is called @code{getdiag}.
19824 @kindex v c
19825 @kindex V c
19826 @pindex calc-mcol
19827 @tindex mcol
19828 @tindex mrcol
19829 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19830 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19831 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19832 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19833 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19834 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19836 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19837 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19838 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19839 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19840 of matrix @expr{m}.
19842 @kindex v s
19843 @kindex V s
19844 @pindex calc-subvector
19845 @tindex subvec
19846 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19847 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19848 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19849 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19850 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19851 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19852 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19853 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19855 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19856 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19857 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19858 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19859 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19860 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19861 has this effect when used as the ending index.
19863 @kindex I v s
19864 @kindex I V s
19865 @tindex rsubvec
19866 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19867 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19868 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19869 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19870 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19872 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19873 vectors one element at a time.
19875 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19876 @section Manipulating Vectors
19878 @noindent
19879 @kindex v l
19880 @kindex V l
19881 @pindex calc-vlength
19882 @tindex vlen
19883 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19884 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19885 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19886 command.
19888 @kindex H v l
19889 @kindex H V l
19890 @tindex mdims
19891 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19892 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19893 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19894 its argument is a
19895 @texline @math{2\times3}
19896 @infoline 2x3
19897 matrix.
19899 @kindex v f
19900 @kindex V f
19901 @pindex calc-vector-find
19902 @tindex find
19903 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19904 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19905 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19906 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19907 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19908 allows you to select any starting index for the search.
19910 @kindex v a
19911 @kindex V a
19912 @pindex calc-arrange-vector
19913 @tindex arrange
19914 @cindex Arranging a matrix
19915 @cindex Reshaping a matrix
19916 @cindex Flattening a matrix
19917 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19918 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19919 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19920 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19921 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19922 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19923 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19924 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19925 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19926 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19927 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19928 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a
19929 @texline @math{1\times4}
19930 @infoline 1x4
19931 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a
19932 @texline @math{4\times1}
19933 @infoline 4x1
19934 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original
19935 @texline @math{2\times2}
19936 @infoline 2x2
19937 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19938 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list
19939 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19941 @cindex Sorting data
19942 @kindex v S
19943 @kindex V S
19944 @kindex I v S
19945 @kindex I V S
19946 @pindex calc-sort
19947 @tindex sort
19948 @tindex rsort
19949 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19950 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19951 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19952 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19953 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19954 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19955 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19956 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19957 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19958 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19959 alphabetical order by this command.
19961 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19963 @cindex Permutation, inverse of
19964 @cindex Inverse of permutation
19965 @cindex Index tables
19966 @cindex Rank tables
19967 @kindex v G
19968 @kindex V G
19969 @kindex I v G
19970 @kindex I V G
19971 @pindex calc-grade
19972 @tindex grade
19973 @tindex rgrade
19974 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19975 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19976 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19977 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19978 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19979 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19980 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19981 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19982 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19983 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19984 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19985 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19986 table, just use @kbd{V G V G}.
19988 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19989 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19990 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19991 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19992 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19993 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19994 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19995 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19996 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19997 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19998 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
20000 @cindex Histograms
20001 @kindex v H
20002 @kindex V H
20003 @pindex calc-histogram
20004 @ignore
20005 @mindex histo@idots
20006 @end ignore
20007 @tindex histogram
20008 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
20009 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
20010 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
20011 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
20012 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
20013 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
20014 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
20015 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
20016 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
20017 input vector.)
20019 If no prefix is given, then you will be prompted for a vector which
20020 will be used to determine the bins. (If a positive integer is given at
20021 this prompt, it will be still treated as if it were given as a
20022 prefix.)  Each bin will consist of the interval of numbers closest to
20023 the corresponding number of this new vector; if the vector
20024 @expr{[a, b, c, ...]} is entered at the prompt, the bins will be
20025 @expr{(-inf, (a+b)/2]}, @expr{((a+b)/2, (b+c)/2]}, etc.  The result of
20026 this command will be a vector counting how many elements of the
20027 original vector are in each bin.
20029 The result will then be a vector with the same length as this new vector;
20030 each element of the new vector will be replaced by the number of
20031 elements of the original vector which are closest to it.
20033 @kindex H v H
20034 @kindex H V H
20035 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
20036 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
20037 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
20038 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
20039 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
20040 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
20042 @kindex v t
20043 @kindex V t
20044 @pindex calc-transpose
20045 @tindex trn
20046 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
20047 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
20048 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
20049 a one-column matrix.
20051 @kindex v v
20052 @kindex V v
20053 @pindex calc-reverse-vector
20054 @tindex rev
20055 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
20056 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
20057 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
20058 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
20059 a matrix.)
20061 @kindex v m
20062 @kindex V m
20063 @pindex calc-mask-vector
20064 @tindex vmask
20065 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
20066 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
20067 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
20068 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
20069 the same as the target vector, but with all elements which correspond
20070 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
20071 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
20072 @xref{Logical Operations}.
20074 @kindex v e
20075 @kindex V e
20076 @pindex calc-expand-vector
20077 @tindex vexp
20078 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
20079 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
20080 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
20081 by successive elements from the target vector.  The length of the target
20082 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
20083 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
20084 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
20085 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
20086 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
20088 @kindex H v e
20089 @kindex H V e
20090 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
20091 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
20092 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
20093 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
20094 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
20095 then successive values are taken from it, so that the effect is to
20096 interleave two vectors according to the mask:
20097 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
20098 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
20100 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
20101 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
20102 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
20103 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
20104 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20105 masking using vectors.
20107 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20108 @section Vector and Matrix Arithmetic
20110 @noindent
20111 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20112 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20113 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20114 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20115 @xref{Basic Arithmetic}.
20117 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20118 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20119 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20120 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20122 @kindex v J
20123 @kindex V J
20124 @pindex calc-conj-transpose
20125 @tindex ctrn
20126 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20127 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20129 @ignore
20130 @mindex A
20131 @end ignore
20132 @kindex A (vectors)
20133 @pindex calc-abs (vectors)
20134 @ignore
20135 @mindex abs
20136 @end ignore
20137 @tindex abs (vectors)
20138 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20139 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20140 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20141 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20142 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20143 from that point to the origin.
20145 @kindex v n
20146 @kindex V n
20147 @pindex calc-rnorm
20148 @tindex rnorm
20149 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes the
20150 infinity-norm of a vector, or the row norm of a matrix.  For a plain
20151 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.  For
20152 a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums, i.e., of
20153 the sums of the absolute values of the elements along the various rows.
20155 @kindex v N
20156 @kindex V N
20157 @pindex calc-cnorm
20158 @tindex cnorm
20159 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20160 the one-norm of a vector, or column norm of a matrix.  For a plain
20161 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20162 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20163 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20164 not provided.  However, the 2-norm (or Frobenius norm) is provided for
20165 vectors by the @kbd{A} (@code{calc-abs}) command.
20167 @kindex v C
20168 @kindex V C
20169 @pindex calc-cross
20170 @tindex cross
20171 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20172 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20173 exactly three elements.
20175 @ignore
20176 @mindex &
20177 @end ignore
20178 @kindex & (matrices)
20179 @pindex calc-inv (matrices)
20180 @ignore
20181 @mindex inv
20182 @end ignore
20183 @tindex inv (matrices)
20184 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20185 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20186 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20187 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20188 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20189 quickly in the future.
20191 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20192 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20193 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20194 by a matrix.
20196 @kindex v D
20197 @kindex V D
20198 @pindex calc-mdet
20199 @tindex det
20200 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20201 determinant of a square matrix.
20203 @kindex v L
20204 @kindex V L
20205 @pindex calc-mlud
20206 @tindex lud
20207 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20208 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20209 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20210 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20211 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20212 and the third is upper-triangular.
20214 @kindex v T
20215 @kindex V T
20216 @pindex calc-mtrace
20217 @tindex tr
20218 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20219 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20220 elements of the matrix.
20222 @kindex v K
20223 @kindex V K
20224 @pindex calc-kron
20225 @tindex kron
20226 The @kbd{V K} (@code{calc-kron}) [@code{kron}] command computes
20227 the Kronecker product of two matrices.
20229 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20230 @section Set Operations using Vectors
20232 @noindent
20233 @cindex Sets, as vectors
20234 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20235 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20236 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20237 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20238 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20239 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20240 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20241 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20242 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20243 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20244 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20245 expect the answer @samp{[]}.
20247 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20248 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20249 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20250 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20251 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20252 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20254 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20255 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20256 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20257 single interval, the interval itself is returned instead.
20259 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20260 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20261 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20263 @kindex v +
20264 @kindex V +
20265 @pindex calc-remove-duplicates
20266 @tindex rdup
20267 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20268 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20269 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20270 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20271 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20272 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20273 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20274 them.
20276 @kindex v V
20277 @kindex V V
20278 @pindex calc-set-union
20279 @tindex vunion
20280 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20281 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20282 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20283 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20284 then using @kbd{V +}.)
20286 @kindex v ^
20287 @kindex V ^
20288 @pindex calc-set-intersect
20289 @tindex vint
20290 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20291 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20292 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20293 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20294 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20295 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20296 notation for set
20297 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20298 @infoline union
20300 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20301 @infoline intersection.
20303 @kindex v -
20304 @kindex V -
20305 @pindex calc-set-difference
20306 @tindex vdiff
20307 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20308 the difference between two sets.  An object is in the difference
20309 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20310 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20311 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20312 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20313 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20314 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20315 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20316 enough to express in a few intervals).
20318 @kindex v X
20319 @kindex V X
20320 @pindex calc-set-xor
20321 @tindex vxor
20322 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20323 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20324 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20325 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20326 occur in both sets ``cancel out.''
20328 @kindex v ~
20329 @kindex V ~
20330 @pindex calc-set-complement
20331 @tindex vcompl
20332 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20333 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20334 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20335 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20336 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20338 @kindex v F
20339 @kindex V F
20340 @pindex calc-set-floor
20341 @tindex vfloor
20342 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20343 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20344 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20345 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20346 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20347 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20348 the complement with respect to the set of integers you could type
20349 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20351 @kindex v E
20352 @kindex V E
20353 @pindex calc-set-enumerate
20354 @tindex venum
20355 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20356 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20357 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20358 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20359 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20361 @kindex v :
20362 @kindex V :
20363 @pindex calc-set-span
20364 @tindex vspan
20365 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20366 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20367 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20368 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20369 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20371 @kindex v #
20372 @kindex V #
20373 @pindex calc-set-cardinality
20374 @tindex vcard
20375 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20376 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20377 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20378 more efficient than actually producing that vector.
20380 @cindex Sets, as binary numbers
20381 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20382 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20383 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20384 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20385 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20386 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20387 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20388 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20389 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20390 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20391 convenient to you.
20393 @kindex b p
20394 @kindex b u
20395 @pindex calc-pack-bits
20396 @pindex calc-unpack-bits
20397 @tindex vpack
20398 @tindex vunpack
20399 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20400 converts an integer that represents a set in binary into a set
20401 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20402 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20403 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20404 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20405 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20406 (binary) prefix key.
20408 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20409 converts the other way, from a vector or interval representing
20410 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20411 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20412 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20413 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20414 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20415 representation
20416 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20417 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20419 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20420 @section Statistical Operations on Vectors
20422 @noindent
20423 @cindex Statistical functions
20424 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20425 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20426 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20427 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20428 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20429 Vetterling.
20431 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20432 a shifted letter or other character.
20434 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20435 (@code{calc-histogram}).
20437 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20438 least-squares fits to statistical data.
20440 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20441 probability distribution functions.
20443 @menu
20444 * Single-Variable Statistics::
20445 * Paired-Sample Statistics::
20446 @end menu
20448 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20449 @subsection Single-Variable Statistics
20451 @noindent
20452 These functions do various statistical computations on single
20453 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20454 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20455 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20456 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20457 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20458 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20460 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20461 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20462 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20463 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20465 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20466 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20467 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20468 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20469 of the computation, based on the assumption that the formula does
20470 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20471 error forms and interval forms are acceptable.
20473 Some of the functions in this section also accept a single error form
20474 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20475 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20476 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20477 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20478 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20479 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20480 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20481 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20482 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20484 @kindex u #
20485 @pindex calc-vector-count
20486 @tindex vcount
20487 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20488 computes the number of data values represented by the inputs.
20489 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20490 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20491 simply computes the length of the vector.
20493 @kindex u +
20494 @kindex u *
20495 @pindex calc-vector-sum
20496 @pindex calc-vector-prod
20497 @tindex vsum
20498 @tindex vprod
20499 @cindex Summations (statistical)
20500 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20501 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20502 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20503 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20504 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20505 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20507 @kindex u X
20508 @kindex u N
20509 @pindex calc-vector-max
20510 @pindex calc-vector-min
20511 @tindex vmax
20512 @tindex vmin
20513 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20514 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20515 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20516 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20517 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20518 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20519 plus or minus infinity.
20521 @kindex u M
20522 @pindex calc-vector-mean
20523 @tindex vmean
20524 @cindex Mean of data values
20525 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20526 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20527 If the inputs are error forms
20528 @texline @math{x \pm \sigma},
20529 @infoline @samp{x +/- s},
20530 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights
20531 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20532 @infoline @expr{1 / s^2}.
20533 @tex
20534 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20535            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20536 @end tex
20537 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20538 values divided by the count of the values.
20540 Note that a plain number can be considered an error form with
20541 error
20542 @texline @math{\sigma = 0}.
20543 @infoline @expr{s = 0}.
20544 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20545 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20546 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20547 above definitions it's clear that a plain number effectively
20548 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20549 weight is completely negligible.)
20551 This function also works for distributions (error forms or
20552 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20553 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20554 and maximum values of the interval.
20556 @kindex I u M
20557 @pindex calc-vector-mean-error
20558 @tindex vmeane
20559 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20560 command computes the mean of the data points expressed as an
20561 error form.  This includes the estimated error associated with
20562 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20563 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20564 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20565 sum of the reciprocals of the variances.)
20566 @tex
20567 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20568 @end tex
20569 If the inputs are plain
20570 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20571 divided by the square root of the number of values.  (This works
20572 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20573 then assuming each value's error is equal to this standard
20574 deviation.)
20575 @tex
20576 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20577 @end tex
20579 @kindex H u M
20580 @pindex calc-vector-median
20581 @tindex vmedian
20582 @cindex Median of data values
20583 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20584 command computes the median of the data values.  The values are
20585 first sorted into numerical order; the median is the middle
20586 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20587 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20588 The median function is different from the other functions in
20589 this section in that the arguments must all be real numbers;
20590 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20591 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20592 any of the input values are error forms, their error parts are
20593 ignored.
20595 The median function also accepts distributions.  For both normal
20596 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20597 the same as the mean.
20599 @kindex H I u M
20600 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20601 @tindex vhmean
20602 @cindex Harmonic mean
20603 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20604 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20605 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20606 of the values.
20607 @tex
20608 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20609 @end tex
20611 @kindex u G
20612 @pindex calc-vector-geometric-mean
20613 @tindex vgmean
20614 @cindex Geometric mean
20615 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20616 command computes the geometric mean of the data values.  This
20617 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20618 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20619 of the data values.
20620 @tex
20621 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20622    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20623 @end tex
20625 @kindex H u G
20626 @tindex agmean
20627 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20628 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20629 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20630 mean, then repeating until the two values converge.
20631 @tex
20632 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20633 @end tex
20635 @cindex Root-mean-square
20636 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20637 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20639 @kindex u S
20640 @pindex calc-vector-sdev
20641 @tindex vsdev
20642 @cindex Standard deviation
20643 @cindex Sample statistics
20644 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20645 computes the standard
20646 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20647 @infoline deviation
20648 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20649 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20650 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20651 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20652 divided by @expr{N-1}.
20653 @tex
20654 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20655 @end tex
20657 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20658 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20659 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20660 limits, divided by
20661 @texline @math{\sqrt{12}}.
20662 @infoline @expr{sqrt(12)}.
20663 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20664 standard deviation of a vector of those integers.
20666 @kindex I u S
20667 @pindex calc-vector-pop-sdev
20668 @tindex vpsdev
20669 @cindex Population statistics
20670 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20671 command computes the @emph{population} standard deviation.
20672 It is defined by the same formula as above but dividing
20673 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20674 deviation is used when the input represents the entire set of
20675 data values in the distribution; the sample standard deviation
20676 is used when the input represents a sample of the set of all
20677 data values, so that the mean computed from the input is itself
20678 only an estimate of the true mean.
20679 @tex
20680 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20681 @end tex
20683 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20684 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20685 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20687 @kindex H u S
20688 @kindex H I u S
20689 @pindex calc-vector-variance
20690 @pindex calc-vector-pop-variance
20691 @tindex vvar
20692 @tindex vpvar
20693 @cindex Variance of data values
20694 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20695 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20696 commands compute the variance of the data values.  The variance
20697 is the
20698 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20699 @infoline square
20700 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20701 squares of the deviations of the data values from the mean.
20702 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20704 @ignore
20705 @starindex
20706 @end ignore
20707 @tindex vflat
20708 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20709 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20710 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20711 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20713 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20714 @subsection Paired-Sample Statistics
20716 @noindent
20717 The functions in this section take two arguments, which must be
20718 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20719 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20720 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20721 the stack, which must be an
20722 @texline @math{N\times2}
20723 @infoline Nx2
20724 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20725 of actual vectors and matrices.
20727 @kindex u C
20728 @pindex calc-vector-covariance
20729 @tindex vcov
20730 @cindex Covariance
20731 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20732 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20733 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20734 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20735 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20736 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20737 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20738 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20739 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20740 are composed of error forms, the error for a given data point
20741 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20742 input errors.
20743 @tex
20744 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20745 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20746     {\displaystyle {1 \over N-1}
20747                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20748      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20750 @end tex
20752 @kindex I u C
20753 @pindex calc-vector-pop-covariance
20754 @tindex vpcov
20755 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20756 command computes the population covariance, which is the same as the
20757 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20758 instead of @expr{N-1}.
20760 @kindex H u C
20761 @pindex calc-vector-correlation
20762 @tindex vcorr
20763 @cindex Correlation coefficient
20764 @cindex Linear correlation
20765 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20766 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20767 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20768 product of their standard deviations.  (There is no difference
20769 between sample or population statistics here.)
20770 @tex
20771 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20772 @end tex
20774 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20775 @section Reducing and Mapping Vectors
20777 @noindent
20778 The commands in this section allow for more general operations on the
20779 elements of vectors.
20781 @kindex v A
20782 @kindex V A
20783 @pindex calc-apply
20784 @tindex apply
20785 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20786 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20787 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20788 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20789 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20790 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20791 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20793 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20794 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20796 @menu
20797 * Specifying Operators::
20798 * Mapping::
20799 * Reducing::
20800 * Nesting and Fixed Points::
20801 * Generalized Products::
20802 @end menu
20804 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20805 @subsection Specifying Operators
20807 @noindent
20808 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20809 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20810 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20811 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20812 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20813 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20814 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20815 element as its argument.)
20817 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20818 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20819 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20820 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20821 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20822 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20823 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20824 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20825 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20826 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20827 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20828 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20829 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20830 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20831 type @kbd{V M 3 v e}.
20833 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20834 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20835 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20836 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20837 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20838 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20839 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20840 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20841 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20842 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20844 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20845 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20846 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20847 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20848 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20849 entry interacts with the stack.)
20851 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20852 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20853 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20854 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20855 prompted for an argument list.
20857 @cindex Nameless functions
20858 @cindex Generic functions
20859 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20860 which means ``a function of two arguments that computes the first
20861 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20862 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20863 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20864 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20865 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20866 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20867 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20868 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20869 can get it back later if you wish.
20871 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20872 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20873 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20874 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20875 begins with a list of variables followed by a colon.)
20877 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20878 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20879 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20880 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20881 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20882 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20883 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20885 @cindex Lambda expressions
20886 @ignore
20887 @starindex
20888 @end ignore
20889 @tindex lambda
20890 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20891 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20892 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20893 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20894 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20895 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20896 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20898 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20899 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20900 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20901 called.)
20903 @tindex add
20904 @tindex sub
20905 @ignore
20906 @mindex @idots
20907 @end ignore
20908 @tindex mul
20909 @ignore
20910 @mindex @null
20911 @end ignore
20912 @tindex div
20913 @ignore
20914 @mindex @null
20915 @end ignore
20916 @tindex pow
20917 @ignore
20918 @mindex @null
20919 @end ignore
20920 @tindex neg
20921 @ignore
20922 @mindex @null
20923 @end ignore
20924 @tindex mod
20925 @ignore
20926 @mindex @null
20927 @end ignore
20928 @tindex vconcat
20929 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20930 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20931 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20932 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20933 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20934 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20935 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20936 @code{vconcat}.
20938 @ignore
20939 @starindex
20940 @end ignore
20941 @tindex call
20942 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20943 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20944 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20945 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20946 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20947 as @samp{x + 2y}).
20949 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20950 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20951 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20952 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20953 about it.)
20955 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20956 @subsection Mapping
20958 @noindent
20959 @kindex v M
20960 @kindex V M
20961 @pindex calc-map
20962 @tindex map
20963 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20964 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20965 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20966 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20967 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20968 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20969 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20970 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20971 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20972 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20973 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20974 be prompted for the number of arguments to use.
20976 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20977 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20978 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20979 produce another
20980 @texline @math{3\times2}
20981 @infoline 3x2
20982 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20984 @tindex mapr
20985 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20986 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20987 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20988 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20989 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20990 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20991 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20992 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20993 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20995 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20996 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20997 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20998 their individual elements.
21000 @tindex mapc
21001 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
21002 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
21003 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
21004 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
21005 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
21006 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
21008 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
21009 and column-like appearances, and were not already taken by useful
21010 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
21011 to type after @kbd{V M}.)
21013 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
21014 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
21015 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
21016 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
21017 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
21018 a vector takes a dot product of the vector with itself).
21020 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
21021 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
21022 arguments, those vectors are also held constant for every row or
21023 column.
21025 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
21026 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
21027 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
21028 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
21029 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
21030 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
21031 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
21032 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
21033 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
21034 mapped over the elements of each row.)
21036 @tindex mapa
21037 @tindex mapd
21038 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
21039 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
21040 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
21041 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
21042 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
21043 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
21044 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
21045 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
21047 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
21048 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
21049 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
21050 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
21052 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
21053 @subsection Reducing
21055 @noindent
21056 @kindex v R
21057 @kindex V R
21058 @pindex calc-reduce
21059 @tindex reduce
21060 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
21061 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
21062 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
21063 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
21064 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
21065 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
21066 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
21067 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
21069 @kindex I v R
21070 @kindex I V R
21071 @tindex rreduce
21072 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
21073 that works from right to left through the vector.  For example, plain
21074 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
21075 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
21076 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
21077 in power series expansions.
21079 @kindex v U
21080 @kindex V U
21081 @tindex accum
21082 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
21083 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
21084 operation, but instead of producing only the final result, it produces
21085 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
21086 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
21087 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
21089 @kindex I v U
21090 @kindex I V U
21091 @tindex raccum
21092 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
21093 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
21094 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
21096 @tindex reducea
21097 @tindex rreducea
21098 @tindex reduced
21099 @tindex rreduced
21100 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
21101 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
21102 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
21103 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
21104 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
21105 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
21106 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
21107 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
21108 b + e, c + f]}.
21110 @tindex reducer
21111 @tindex rreducer
21112 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
21113 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
21114 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
21115 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
21116 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
21117 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
21118 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21120 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21121 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21123 @tindex reducec
21124 @tindex rreducec
21125 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21126 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21128 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
21129 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21130 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21131 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21133 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21134 @subsection Nesting and Fixed Points
21136 @noindent
21137 @kindex H v R
21138 @kindex H V R
21139 @tindex nest
21140 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21141 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21142 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21143 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21144 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21145 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21146 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21148 @kindex H v U
21149 @kindex H V U
21150 @tindex anest
21151 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21152 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21153 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21154 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21155 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21157 @kindex H I v R
21158 @kindex H I V R
21159 @tindex fixp
21160 @cindex Fixed points
21161 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21162 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21163 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21164 no longer changes.
21166 @kindex H I v U
21167 @kindex H I V U
21168 @tindex afixp
21169 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21170 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21171 the last element will be the final result that would have been returned
21172 by @code{fixp}.
21174 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21175 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21176 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21177 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21178 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21179 to converge to 0.739085.)
21181 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21182 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21183 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21184 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21185 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21186 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21187 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21189 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21190 the function until two successive results are equal to within the
21191 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21192 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21193 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21194 applied until two successive results are exactly the same formula.
21195 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21196 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21198 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21199 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21200 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21201 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21202 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21203 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21204 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21205 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21206 exactly equal.)
21208 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21209 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21210 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21211 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21213 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21214 @subsection Generalized Products
21216 @kindex v O
21217 @kindex V O
21218 @pindex calc-outer-product
21219 @tindex outer
21220 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21221 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21222 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21223 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21224 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21225 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21226 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21228 @kindex v I
21229 @kindex V I
21230 @pindex calc-inner-product
21231 @tindex inner
21232 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21233 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21234 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21235 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21236 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21237 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21238 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21239 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21240 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21241 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21242 generalized dot product.
21244 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21245 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21246 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21247 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21248 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21250 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21251 @section Vector and Matrix Display Formats
21253 @noindent
21254 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21255 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21256 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21257 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21258 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21259 @pxref{Normal Language Modes}.
21261 @kindex v <
21262 @kindex V <
21263 @pindex calc-matrix-left-justify
21264 @kindex v =
21265 @kindex V =
21266 @pindex calc-matrix-center-justify
21267 @kindex v >
21268 @kindex V >
21269 @pindex calc-matrix-right-justify
21270 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21271 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21272 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21273 are justified to the left, right, or center of their columns.
21275 @kindex v [
21276 @kindex V [
21277 @pindex calc-vector-brackets
21278 @kindex v @{
21279 @kindex V @{
21280 @pindex calc-vector-braces
21281 @kindex v (
21282 @kindex V (
21283 @pindex calc-vector-parens
21284 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21285 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21286 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21287 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21288 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21289 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21290 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21291 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21292 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21293 and parentheses may never be used for this purpose.
21295 @kindex V ]
21296 @kindex v ]
21297 @kindex V )
21298 @kindex v )
21299 @kindex V @}
21300 @kindex v @}
21301 @pindex calc-matrix-brackets
21302 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21303 ``big'' style display of matrices, for matrices which have more than
21304 one row.  It prompts for a string of code letters; currently
21305 implemented letters are @code{R}, which enables brackets on each row
21306 of the matrix; @code{O}, which enables outer brackets in opposite
21307 corners of the matrix; and @code{C}, which enables commas or
21308 semicolons at the ends of all rows but the last.  The default format
21309 is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format was fixed at @samp{ROC}.)
21310 Here are some example matrices:
21312 @example
21313 @group
21314 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21315   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21316   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21318          RO                        ROC
21320 @end group
21321 @end example
21322 @noindent
21323 @example
21324 @group
21325   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21326      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21327      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21329           O                        OC
21331 @end group
21332 @end example
21333 @noindent
21334 @example
21335 @group
21336   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21337   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21338   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21340           R                       @r{blank}
21341 @end group
21342 @end example
21344 @noindent
21345 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21346 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21347 the others are useful for display only.
21349 @kindex v ,
21350 @kindex V ,
21351 @pindex calc-vector-commas
21352 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21353 off in vector and matrix display.
21355 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21356 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21357 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21358 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21359 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21360 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21361 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21362 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21363 give to @kbd{v ]} (as described above).
21365 @kindex v .
21366 @kindex V .
21367 @pindex calc-full-vectors
21368 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21369 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21370 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21371 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21372 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21373 When very large vectors are involved this will substantially
21374 improve Calc's display speed.
21376 @kindex t .
21377 @pindex calc-full-trail-vectors
21378 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21379 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21380 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21381 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21382 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21383 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21384 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21385 that involve the trail.
21387 @kindex v /
21388 @kindex V /
21389 @pindex calc-break-vectors
21390 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21391 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21392 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21393 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21394 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21395 vectors will still use the normal linear form.
21397 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21398 @chapter Algebra
21400 @noindent
21401 This section covers the Calc features that help you work with
21402 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21403 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21404 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21405 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21406 is discussed.
21408 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21409 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21410 for anything else'') prefix.
21412 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21413 using regular Emacs editing commands.
21415 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21416 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21417 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21418 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21419 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21420 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21421 @xref{Normal Language Modes}.
21423 @menu
21424 * Selecting Subformulas::
21425 * Algebraic Manipulation::
21426 * Simplifying Formulas::
21427 * Polynomials::
21428 * Calculus::
21429 * Solving Equations::
21430 * Numerical Solutions::
21431 * Curve Fitting::
21432 * Summations::
21433 * Logical Operations::
21434 * Rewrite Rules::
21435 @end menu
21437 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21438 @section Selecting Sub-Formulas
21440 @noindent
21441 @cindex Selections
21442 @cindex Sub-formulas
21443 @cindex Parts of formulas
21444 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21445 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21446 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21447 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21448 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21449 surrounding part of the stack entry alone.
21451 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21452 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21453 ``sub-formula'' of the vector.
21455 @menu
21456 * Making Selections::
21457 * Changing Selections::
21458 * Displaying Selections::
21459 * Operating on Selections::
21460 * Rearranging with Selections::
21461 @end menu
21463 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21464 @subsection Making Selections
21466 @noindent
21467 @kindex j s
21468 @pindex calc-select-here
21469 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21470 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21471 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21472 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21473 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21474 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21475 Suppose you enter the following formula:
21477 @smallexample
21478 @group
21479            3    ___
21480     (a + b)  + V c
21481 1:  ---------------
21482         2 x + 1
21483 @end group
21484 @end smallexample
21486 @noindent
21487 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21488 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21491 @smallexample
21492 @group
21493            .    ...
21494     .. . b.  . . .
21495 1*  ...............
21496         . . . .
21497 @end group
21498 @end smallexample
21500 @noindent
21501 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21502 to a dot. (If the customizable variable
21503 @code{calc-highlight-selections-with-faces} is non-nil, then the characters
21504 not part of the sub-formula are de-emphasized by using a less
21505 noticeable face instead of using dots. @pxref{Displaying Selections}.)
21506 The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21507 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21508 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21509 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21510 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21512 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21513 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21515 @smallexample
21516 @group
21517            .    ...
21518     (a + b)  . . .
21519 1*  ...............
21520         . . . .
21521 @end group
21522 @end smallexample
21524 @noindent
21525 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21526 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21527 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21528 would have had the same effect.
21530 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21531 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21532 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21533 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21535 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21536 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21537 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21538 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21539 and so on.
21541 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21542 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21544 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21545 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21546 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21547 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21548 cursor on any stack entry.
21550 @kindex j a
21551 @pindex calc-select-additional
21552 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21553 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21554 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21555 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21556 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21557 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21559 @kindex j o
21560 @pindex calc-select-once
21561 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21562 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21563 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21564 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21565 by the cursor.
21567 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21568 such that the next command involving selected stack entries will clear
21569 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21570 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21572 @kindex j S
21573 @kindex j O
21574 @pindex calc-select-here-maybe
21575 @pindex calc-select-once-maybe
21576 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21577 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21578 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21579 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21580 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21581 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21582 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21583 commands.
21585 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21586 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21587 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21588 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21589 entire four-term sum.
21591 @kindex j b
21592 @pindex calc-break-selections
21593 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21594 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21595 through.  Calc actually stores the above formulas as
21596 @samp{((a + b) - c) + d} and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain
21597 obscure reasons, by default Calc treats multiplication as
21598 right-associative.)  Once you have enabled @kbd{j b} mode, selecting
21599 with the cursor on the @samp{-} sign would only select the @samp{a + b -
21600 c} portion, which makes sense when the deep structure of the sum is
21601 considered.  There is no way to select the @samp{b - c + d} portion;
21602 although this might initially look like just as legitimate a sub-formula
21603 as @samp{a + b - c}, the deep structure shows that it isn't.  The @kbd{d
21604 U} command can be used to view the deep structure of any formula
21605 (@pxref{Normal Language Modes}).
21607 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21608 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21609 you get.
21611 @kindex j u
21612 @pindex calc-unselect
21613 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21614 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21615 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21616 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21617 position.
21619 @kindex j c
21620 @pindex calc-clear-selections
21621 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21622 stack elements.
21624 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21625 @subsection Changing Selections
21627 @noindent
21628 @kindex j m
21629 @pindex calc-select-more
21630 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21631 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21632 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21634 @smallexample
21635 @group
21636            3    ...                3    ___                3    ___
21637     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21638 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21639         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21640 @end group
21641 @end smallexample
21643 @noindent
21644 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21645 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21646 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21648 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21649 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21650 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21651 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21652 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21654 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21655 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21656 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21657 is not on any stack element operates on the top stack element.
21659 @kindex j l
21660 @pindex calc-select-less
21661 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21662 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21663 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21664 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21665 current selection, the command de-selects the formula.
21667 @kindex j 1-9
21668 @pindex calc-select-part
21669 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21670 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21671 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21672 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21673 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21674 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21675 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21676 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21678 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21679 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21680 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21681 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21682 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21684 @kindex j n
21685 @kindex j p
21686 @pindex calc-select-next
21687 @pindex calc-select-previous
21688 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21689 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21690 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21691 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21692 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21693 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21694 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21695 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21696 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21697 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21699 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21700 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21701 arguments to move several steps at a time.
21703 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21704 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21705 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21706 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21707 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21708 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21709 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21710 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21711 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21713 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21714 @subsection Displaying Selections
21716 @noindent
21717 @kindex j d
21718 @pindex calc-show-selections
21719 @vindex calc-highlight-selections-with-faces
21720 @vindex calc-selected-face
21721 @vindex calc-nonselected-face
21722 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21723 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21724 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21725 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21726 by @samp{#} signs:
21728 @smallexample
21729 @group
21730            3    ...                  #    ___
21731     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21732 1*  ...............       1*  ---------------
21733         . . . .                   2 x + 1
21734 @end group
21735 @end smallexample
21736 If the customizable variable
21737 @code{calc-highlight-selections-with-faces} is non-nil, then the
21738 non-selected portion of the formula will be de-emphasized by using a
21739 less noticeable face (@code{calc-nonselected-face}) instead of dots
21740 and the selected sub-formula will be highlighted by using a more
21741 noticeable face (@code{calc-selected-face}) instead of @samp{#}
21742 signs. (@pxref{Customizing Calc}.)
21744 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21745 @subsection Operating on Selections
21747 @noindent
21748 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21749 on the stack will operate on the selected portions of the items
21750 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21751 at once, though there can be only one selection at a time in any
21752 given stack element.)
21754 @kindex j e
21755 @pindex calc-enable-selections
21756 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21757 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21758 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21759 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21760 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21761 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21763 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21764 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21765 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21766 element.
21768 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21769 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21770 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21771 the selected portion of the formula, returning the old selected
21772 portion to the top of the stack.
21774 @smallexample
21775 @group
21776            3    ...                    ...                    ___
21777     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21778 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21779         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21781                                     3                      3
21782 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21783 @end group
21784 @end smallexample
21786 In this example we select a sub-formula of our original example,
21787 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21788 the complete, edited formula.
21790 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21791 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21793 @kindex j '
21794 @pindex calc-enter-selection
21795 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21796 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21797 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21798 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21799 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21800 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21801 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21802 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21803 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21805 @kindex j `
21806 @pindex calc-edit-selection
21807 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21808 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21809 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21810 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21812 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21813 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21814 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21815 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21817 @smallexample
21818 @group
21819               ###
21820     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21821 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21822        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21823 @end group
21824 @end smallexample
21826 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21827 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21828 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21829 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21830 and resimplifies.
21832 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21833 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21834 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21836 @kindex j @key{DEL}
21837 @pindex calc-del-selection
21838 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21839 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21840 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21841 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21842 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21844 @kindex j @key{RET}
21845 @pindex calc-grab-selection
21846 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21847 command.)
21849 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21850 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21851 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21852 press @kbd{Q} to take the square root.
21854 @smallexample
21855 @group
21856      .. .           .. .           .. .             .. .
21857 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21858     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21859                                                  V 4 - 2 x
21860 @end group
21861 @end smallexample
21863 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21864 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21865 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21866 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21867 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21868 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21869 the command will abort with an error message.
21871 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21872 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21873 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21874 (@code{calc-change-sign}).
21876 @smallexample
21877 @group
21878        .. .                .. .
21879 1*  ..........      1*  ...........
21880      .........           ..........
21881     . . . 2 x           . . . -2 x
21882 @end group
21883 @end smallexample
21885 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21886 normally have canceled out with the subtraction automatically, has
21887 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21888 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21889 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21890 to be simplified.
21892 @smallexample
21893 @group
21894        17 y                17 y
21895 1:  -----------     1:  ----------
21896      __________          _________
21897     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21898 @end group
21899 @end smallexample
21901 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21902 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21904 @noindent
21905 @kindex j R
21906 @pindex calc-commute-right
21907 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21908 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21909 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21910 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21912 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21913 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21914 in this section share this property.  In this example, we place the
21915 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21917 @smallexample
21918 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21919 @end smallexample
21921 @noindent
21922 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21923 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21924 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21925 mathematical meaning of the formula.
21927 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21928 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21929 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21930 course be drastically changed.
21932 @smallexample
21933 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21935 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21936 @end smallexample
21938 @kindex j L
21939 @pindex calc-commute-left
21940 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21941 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21943 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21944 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21945 term left or right past the end of its enclosing formula.
21946 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21947 selected term as far as possible in the given direction.
21949 @kindex j D
21950 @pindex calc-sel-distribute
21951 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21952 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21953 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21954 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21955 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21956 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21957 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21958 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21960 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21961 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21962 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21963 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21964 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21965 times to expand at once; the default is one time only.
21967 @vindex DistribRules
21968 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21969 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21970 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21971 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21972 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21973 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21974 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21976 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21977 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21978 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21979 @xref{Operations on Variables}.
21981 @kindex j M
21982 @pindex calc-sel-merge
21983 @vindex MergeRules
21984 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21985 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21986 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21987 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21988 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21989 the relevant rules.
21991 @kindex j C
21992 @pindex calc-sel-commute
21993 @vindex CommuteRules
21994 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21995 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21996 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21997 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21998 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21999 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
22000 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
22001 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
22002 in the variable @code{CommuteRules}.
22004 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
22005 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
22006 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
22007 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
22008 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
22009 manipulations described in this section.
22011 @kindex j N
22012 @pindex calc-sel-negate
22013 @vindex NegateRules
22014 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
22015 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
22016 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
22017 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
22018 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
22019 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
22020 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
22021 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
22023 @kindex j &
22024 @pindex calc-sel-invert
22025 @vindex InvertRules
22026 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
22027 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
22028 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
22029 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
22031 @kindex j E
22032 @pindex calc-sel-jump-equals
22033 @vindex JumpRules
22034 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
22035 selected term from one side of an equation to the other.  Given
22036 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
22037 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
22038 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
22039 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
22041 @kindex j I
22042 @kindex H j I
22043 @pindex calc-sel-isolate
22044 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
22045 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
22046 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
22047 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
22048 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
22049 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
22050 as well as equations.
22052 @kindex j *
22053 @kindex j /
22054 @pindex calc-sel-mult-both-sides
22055 @pindex calc-sel-div-both-sides
22056 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
22057 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
22058 selected quotient or equation by that formula.  It performs the
22059 default algebraic simplifications  before re-forming the
22060 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
22061 providing a prefix argument: @kbd{C-u j *}.  There is also a @kbd{j /}
22062 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
22063 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
22065 If the selection is a quotient with numerator 1, then Calc's default
22066 simplifications would normally cancel the new factors.  To prevent
22067 this, when the @kbd{j *} command is used on a selection whose numerator is
22068 1 or -1, the denominator is expanded at the top level using the
22069 distributive law (as if using the @kbd{C-u 1 a x} command).  Suppose the
22070 formula on the stack is @samp{1 / (a + 1)} and you wish to multiplying the
22071 top and bottom by @samp{a - 1}.  Calc's default simplifications would
22072 normally change the result @samp{(a - 1) /(a + 1) (a - 1)} back
22073 to the original form by cancellation; when @kbd{j *} is used, Calc
22074 expands the denominator to  @samp{a (a - 1) + a - 1} to prevent this.
22076 If you wish the @kbd{j *} command to completely expand the denominator
22077 of a quotient you can call it with a zero prefix: @kbd{C-u 0 j *}.  For
22078 example, if the formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, you may
22079 wish to eliminate the square root in the denominator by multiplying
22080 the top and bottom by @samp{sqrt(a) - 1}.  If you did this simply by using
22081 a simple @kbd{j *} command, you would get
22082 @samp{(sqrt(a)-1)/ (sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1)}.  Instead,
22083 you would probably want to use @kbd{C-u 0 j *}, which would expand the
22084 bottom and give you the desired result @samp{(sqrt(a)-1)/(a-1)}.  More
22085 generally, if @kbd{j *} is called with an argument of a positive
22086 integer @var{n}, then the denominator of the expression will be
22087 expanded @var{n} times (as if with the @kbd{C-u @var{n} a x} command).
22089 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
22090 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
22091 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
22092 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
22093 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
22094 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
22095 will be, it will assume it is positive and display a warning
22096 message.
22098 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
22099 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
22100 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
22101 back by the formula.
22103 @kindex j +
22104 @kindex j -
22105 @pindex calc-sel-add-both-sides
22106 @pindex calc-sel-sub-both-sides
22107 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
22108 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
22109 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
22110 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
22111 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
22112 results.
22114 @kindex j U
22115 @pindex calc-sel-unpack
22116 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
22117 selected function call with its argument.  For example, given
22118 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
22119 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
22120 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
22121 now to take the cosine of the selected part.)
22123 @kindex j v
22124 @pindex calc-sel-evaluate
22125 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
22126 basic simplifications on the selected sub-formula.
22127 These simplifications would normally be done automatically
22128 on all results, but may have been partially inhibited by
22129 previous selection-related operations, or turned off altogether
22130 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
22131 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
22133 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
22134 the default algebraic simplifications to the selected
22135 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
22136 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
22137 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
22138 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
22139 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
22140 sub-formula.
22142 @kindex j "
22143 @pindex calc-sel-expand-formula
22144 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
22145 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
22147 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
22148 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
22150 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
22151 @section Algebraic Manipulation
22153 @noindent
22154 The commands in this section perform general-purpose algebraic
22155 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
22156 stack (unless, of course, you have made a selection in that
22157 formula).
22159 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
22160 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
22161 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
22162 from the second-to-top stack level.
22164 @kindex a v
22165 @pindex calc-alg-evaluate
22166 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22167 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22168 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22169 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22170 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22171 command.  @xref{Simplification Modes}.
22173 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22174 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22175 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22177 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22178 using Calc's algebraic simplifications; @pxref{Simplifying Formulas}.
22179 If you give a numeric prefix of 3 or more, it uses Extended
22180 Simplification mode (@kbd{a e}).
22182 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22183 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22184 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22185 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22186 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22187 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22188 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22189 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22190 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22192 @tindex evalv
22193 @tindex evalvn
22194 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22195 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22196 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22197 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22198 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22199 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22200 it as a temporary different working precision.)
22202 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22203 as an optional second argument.  This argument can be either an
22204 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22205 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22206 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22207 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22208 result will as usual be rounded back down to the current precision
22209 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22210 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22211 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22212 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22213 will return @samp{9.2654e-5}.
22215 @kindex a "
22216 @pindex calc-expand-formula
22217 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22218 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22219 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22220 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22221 and so are unaffected by this command.  One important class of
22222 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22223 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22224 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22225 distribution functions, most of the financial functions, and the
22226 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22227 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22228 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22229 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22230 top-level function call.
22232 @kindex a M
22233 @pindex calc-map-equation
22234 @tindex mapeq
22235 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22236 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22237 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22238 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22239 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22240 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22241 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22242 sides together and the righthand sides together to get the two
22243 respective sides of a new equation.
22245 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22246 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22247 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22248 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22249 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22250 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22251 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22252 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22253 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the algebraic simplifications
22254 can reduce to @samp{2 < b}.
22256 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22257 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22258 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22259 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22260 though this is not true for all values of the variables.
22262 @kindex H a M
22263 @tindex mapeqp
22264 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22265 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22266 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22267 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22268 fixing an inequality which was already incorrect.)
22270 @kindex I a M
22271 @tindex mapeqr
22272 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22273 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22274 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22275 working with small positive angles.
22277 @kindex a b
22278 @pindex calc-substitute
22279 @tindex subst
22280 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22281 all occurrences
22282 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22283 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22284 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22285 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22286 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22287 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22288 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22289 doing substitutions.
22291 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22292 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22293 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22294 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22295 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22296 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22297 target is taken from top-of-stack as usual.
22299 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22300 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22301 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22302 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22303 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22304 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22305 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22306 these limitations.
22308 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22309 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22310 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22311 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22312 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22314 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22315 @section Simplifying Formulas
22317 @noindent
22318 @kindex a s
22319 @kindex I a s
22320 @kindex H a s
22321 @pindex calc-simplify
22322 @tindex simplify
22324 The sections below describe all the various kinds of
22325 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22326 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22327 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22328 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22329 must be done manually, usually with a combination of selections
22330 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22331 @xref{Rewrite Rules}.
22333 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22334 simplification occurs automatically.  Normally the algebraic
22335 simplifications described below occur.  If you have turned on a
22336 simplification mode which does not do these algebraic simplifications,
22337 you can still apply them to a formula with the @kbd{a s}
22338 (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command.
22340 There are some simplifications that, while sometimes useful, are never
22341 done automatically.  For example, the @kbd{I} prefix can be given to
22342 @kbd{a s}; the @kbd{I a s} command will change any trigonometric
22343 function to the appropriate combination of @samp{sin}s and @samp{cos}s
22344 before simplifying.  This can be useful in simplifying even mildly
22345 complicated trigonometric expressions.  For example, while the algebraic
22346 simplifications can reduce @samp{sin(x) csc(x)} to @samp{1}, they will not
22347 simplify @samp{sin(x)^2 csc(x)}.  The command @kbd{I a s} can be used to
22348 simplify this latter expression; it will transform @samp{sin(x)^2
22349 csc(x)} into @samp{sin(x)}.  However, @kbd{I a s} will also perform
22350 some ``simplifications'' which may not be desired; for example, it
22351 will transform @samp{tan(x)^2} into @samp{sin(x)^2 / cos(x)^2}.  The
22352 Hyperbolic prefix @kbd{H} can be used similarly; the @kbd{H a s} will
22353 replace any hyperbolic functions in the formula with the appropriate
22354 combinations of @samp{sinh}s and @samp{cosh}s before simplifying.
22357 @menu
22358 * Basic Simplifications::
22359 * Algebraic Simplifications::
22360 * Unsafe Simplifications::
22361 * Simplification of Units::
22362 @end menu
22364 @node Basic Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22365 @subsection Basic Simplifications
22367 @noindent
22368 @cindex Basic simplifications
22369 This section describes basic simplifications which Calc performs in many
22370 situations.  For example, both binary simplifications and algebraic
22371 simplifications begin by performing these basic simplifications.  You
22372 can type @kbd{m I} to restrict the simplifications done on the stack to
22373 these simplifications.
22375 The most basic simplification is the evaluation of functions.
22376 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22377 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22378 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22379 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}),
22380 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22381 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22382 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22384 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22385 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22386 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22387 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22388 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22389 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22390 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22391 does not evaluate its lefthand argument.
22393 Most commands apply at least these basic simplifications to all
22394 arguments they take from the stack, perform a particular operation,
22395 then simplify the result before pushing it back on the stack.  In the
22396 common special case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and
22397 @kbd{Q} [@code{sqrt}], the arguments are simply popped from the stack
22398 and collected into a suitable function call, which is then simplified
22399 (the arguments being simplified first as part of the process, as
22400 described above).
22402 Even the basic set of simplifications are too numerous to describe
22403 completely here, but this section will describe the ones that apply to the
22404 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22405 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22406 a serious user of Calc's algebra facilities.
22408 @tex
22409 \bigskip
22410 @end tex
22412 As well as the simplifications described here, if you have stored
22413 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22414 will also be applied before any of the basic simplifications.
22415 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22417 @tex
22418 \bigskip
22419 @end tex
22421 And now, on with the basic simplifications:
22423 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22424 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22425 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22426 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22427 (by default) a right-associative form for products,
22428 @expr{a * (b * (c * d))}.  Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are
22429 rearranged to left-associative form, though this rarely matters since
22430 Calc's algebra commands are designed to hide the inner structure of sums
22431 and products as much as possible.  Sums and products in their proper
22432 associative form will be written without parentheses in the examples
22433 below.
22435 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22436 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22437 special cases described below.  Some algebra programs always
22438 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22439 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22440 If you are using Basic Simplification mode, Calc assumes you have put
22441 the terms into the order you want and generally leaves that order alone,
22442 with the consequence that formulas like the above will only be
22443 simplified if you explicitly give the @kbd{a s} command.
22444 @xref{Algebraic Simplifications}.
22446 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22447 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22448 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22449 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22450 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22451 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22452 negative-looking.
22454 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22455 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22456 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22457 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22458 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22459 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22460 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22461 simplifications.)
22463 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22464 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22465 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22466 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22467 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22468 using the distributive law.
22470 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22471 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22472 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22473 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22474 sum with one another would require time proportional to the
22475 square of the number of terms; Calc omits potentially slow
22476 operations like this in basic simplification mode.
22478 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22479 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22480 to @expr{-a}.
22482 @tex
22483 \bigskip
22484 @end tex
22486 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22487 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22488 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22489 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22490 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22491 infinite the result is @samp{nan}.
22493 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22494 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22495 numbers.
22497 Products are commuted only to move numbers to the front:
22498 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22500 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22501 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22502 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22503 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22504 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22506 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22507 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to
22508 @texline @math{x^{a+b}}
22509 @infoline @expr{x^(a+b)}
22510 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22511 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22512 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22513 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22514 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22515 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22517 The product of a negative power times anything but another negative
22518 power is changed to use division:
22519 @texline @math{x^{-2} y}
22520 @infoline @expr{x^(-2) y}
22521 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22522 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22523 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22525 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22526 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22528 @tex
22529 \bigskip
22530 @end tex
22532 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22533 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22534 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22535 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22536 respectively.
22538 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22539 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22540 @xref{Infinite Mode}.
22542 The expression
22543 @texline @math{a / b^{-c}}
22544 @infoline @expr{a / b^(-c)}
22545 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22546 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to
22547 @texline @math{b^{-c}}
22548 @infoline @expr{b^(-c)}
22549 for any power @expr{c}.
22551 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22552 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22553 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22554 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22555 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22557 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22558 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22559 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22560 described for multiplication.
22562 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22563 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22564 is canceled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22565 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22566 to cancel all terms of the quotient.
22568 Quotients of negative-looking values are simplified according
22569 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22570 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22572 @tex
22573 \bigskip
22574 @end tex
22576 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22577 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22578 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22579 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22580 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22581 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22583 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22584 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22585 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22586 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22587 @texline @math{a^{b c}}
22588 @infoline @expr{a^(b c)}
22589 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22590 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22591 would not be safe because of problems with principal values.
22592 (In other words,
22593 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22594 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2}
22595 is safe to simplify, but
22596 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22597 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2}
22598 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22599 variables satisfy these requirements.
22601 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22602 @texline @math{x^{n/2}}
22603 @infoline @expr{x^(n/2)}
22604 only for even integers @expr{n}.
22606 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22607 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22608 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22610 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22611 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22612 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22614 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22615 @texline @math{x^{1:2}}
22616 @infoline @expr{x^1:2}
22617 for the purposes of the above-listed simplifications.
22619 Also, note that
22620 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22621 @infoline @expr{1 / x^1:2}
22622 is changed to
22623 @texline @math{x^{-1:2}},
22624 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22625 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22627 @tex
22628 \bigskip
22629 @end tex
22631 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22632 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22633 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22634 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)};
22635 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to
22636 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b}
22637 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22638 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22639 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22640 @expr{n} is an integer.
22642 @tex
22643 \bigskip
22644 @end tex
22646 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22647 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22648 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22649 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22650 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22651 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22653 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22654 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22655 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22656 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22657 (@pxref{Declarations}).
22659 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22660 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22661 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22663 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22664 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22665 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22666 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22667 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to
22668 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22669 and @expr{b} are known to be real.
22671 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22672 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22673 for suitable numeric arguments and infinity.  The algebraic
22674 simplifications described in the next section do provide some
22675 simplifications for these functions, though.
22677 One important simplification that does occur is that
22678 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22679 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22680 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22681 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22683 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22684 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22685 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22686 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22687 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22688 @expr{!!2} is 1, not 2.
22690 Most other Calc functions have few if any basic simplifications
22691 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22692 suitable numbers.
22694 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Basic Simplifications, Simplifying Formulas
22695 @subsection Algebraic Simplifications
22697 @noindent
22698 @cindex Algebraic simplifications
22699 @kindex a s
22700 @kindex m A
22701 This section describes all simplifications that are performed by
22702 the algebraic simplification mode, which is the default simplification
22703 mode.  If you have switched to a different simplification mode, you can
22704 switch back with the @kbd{m A} command. Even in other simplification
22705 modes, the @kbd{a s} command will use these algebraic simplifications to
22706 simplify the formula.
22708 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22709 to be applied. Its use is analogous to @code{EvalRules},
22710 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22711 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22712 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22713 the built-in rules described below.  If the result is different from
22714 the original expression, the process repeats with the basic
22715 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22716 then the built-in simplifications, and so on.
22718 @tex
22719 \bigskip
22720 @end tex
22722 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22723 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22724 The only exception is that a constant will not be commuted away
22725 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22726 commuted to @expr{-x + 2}.
22728 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22729 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22730 adjacent terms, but Calc's algebraic simplifications compare all pairs
22731 of terms including non-adjacent ones.
22733 @tex
22734 \bigskip
22735 @end tex
22737 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22738 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22739 This allows easier comparison of products; for example, the basic
22740 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22741 but the algebraic simplifications; it first rewrites the sum to
22742 @expr{x y + x y} which can then be recognized as a sum of identical
22743 terms.
22745 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22746 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22747 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22748 command uses the same ordering when sorting a vector.
22750 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22751 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22752 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22754 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22755 terms, using the same method that the default simplifications
22756 use for adjacent terms of products.
22758 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22759 taken into account when terms of a product are being compared.
22760 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22761 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22762 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22763 one term can be written as a constant times the other, even if
22764 that constant is @mathit{-1}.
22766 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22767 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22768 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22769 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22770 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22772 @tex
22773 \bigskip
22774 @end tex
22776 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22777 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22778 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22779 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22780 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22781 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22782 factor in the numerator and denominator, it is canceled out;
22783 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22785 Non-constant common factors are not found even by algebraic
22786 simplifications.  To cancel the factor @expr{a} in
22787 @expr{(a x + a) / a^2} you could first use @kbd{j M} on the product
22788 @expr{a x} to Merge the numerator to @expr{a (1+x)}, which can then be
22789 simplified successfully.
22791 @tex
22792 \bigskip
22793 @end tex
22795 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22796 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22797 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22798 will no longer occur.  This is not done by the basic
22799 simplifications; in case someone (unwisely) wants to use the name
22800 @code{i} for a variable unrelated to complex numbers, they can use
22801 basic simplification mode.
22803 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22804 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22805 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22806 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22807 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22808 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.
22809 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22810 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22811 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22813 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22814 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22815 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22816 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22818 @tex
22819 \bigskip
22820 @end tex
22822 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22823 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22824 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22825 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22826 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22828 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22829 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22830 canceled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22831 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22832 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22833 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22834 about modulo forms in the presence of declarations.
22836 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22837 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22838 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22839 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22840 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22841 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22842 declared to be an integer.
22844 @tex
22845 \bigskip
22846 @end tex
22848 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22849 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22850 function, the replacement is made; for example,
22851 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}.
22852 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22853 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22854 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22855 hyperbolic functions are also handled.
22857 Trigonometric functions of their inverse functions are
22858 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22859 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22860 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22861 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22862 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22864 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22865 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22866 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22867 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22869 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22870 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22871 hyperbolic functions.
22873 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22874 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22875 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22876 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22877 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of
22878 @texline @math{2 \pi}
22879 @infoline @expr{2 pi}
22880 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22881 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22883 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22884 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))},
22885 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22886 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)},
22888 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22889 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)}
22890 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22891 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22892 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22893 is a suitable multiple of
22894 @texline @math{\pi i}
22895 @infoline @expr{pi i}
22896 (as described above for the trigonometric functions), then
22897 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22898 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22899 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22900 negative imaginary.
22902 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22903 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22904 function.
22906 @tex
22907 \bigskip
22908 @end tex
22910 Equations and inequalities are simplified by canceling factors
22911 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22912 change sign if a negative multiplicative factor is canceled.
22913 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22914 canceled from equations only if they are provably nonzero (generally
22915 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22916 are canceled from inequalities only if they are nonzero and their
22917 sign is known.
22919 Simplification also replaces an equation or inequality with
22920 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22921 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22922 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22923 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22924 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22925 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22927 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22928 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22930 @noindent
22931 @cindex Unsafe simplifications
22932 @cindex Extended simplification
22933 @kindex a e
22934 @kindex m E
22935 @pindex calc-simplify-extended
22936 @ignore
22937 @mindex esimpl@idots
22938 @end ignore
22939 @tindex esimplify
22940 Calc is capable of performing some simplifications which may sometimes
22941 be desired but which are not ``safe'' in all cases.  The @kbd{a e}
22942 (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22943 applies the algebraic simplifications as well as these extended, or
22944 ``unsafe'', simplifications.  Use this only if you know the values in
22945 your formula lie in the restricted ranges for which these
22946 simplifications are valid.  You can use Extended Simplification mode
22947 (@kbd{m E}) to have these simplifications done automatically.
22949 The symbolic integrator uses these extended simplifications; one effect
22950 of this is that the integrator's results must be used with caution.
22951 Where an integral table will often attach conditions like ``for positive
22952 @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic integration programs)
22953 will simply produce an unqualified result.
22955 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22956 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22957 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22958 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22959 to any specific part of a formula.
22961 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied when
22962 the extended simplifications are used.  These are applied in addition to
22963 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22964 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22966 Following is a complete list of the ``unsafe'' simplifications.
22968 @tex
22969 \bigskip
22970 @end tex
22972 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22973 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified.
22974 For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22975 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22976 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22977 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22978 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
22979 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22980 functions always produce.
22982 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to
22983 @texline @math{x^{a b}}
22984 @infoline @expr{x^(a b)}
22985 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
22986 in a restricted range of @expr{x}; for example, in
22987 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
22988 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
22989 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
22990 of @expr{x} but not for negative or complex values.
22992 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
22993 simplified (possibly unsafely) to
22994 @texline @math{x^{a/2}}.
22995 @infoline @expr{x^(a/2)}.
22997 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22998 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22999 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
23001 Arguments of square roots are partially factored to look for
23002 squared terms that can be extracted.  For example,
23003 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to
23004 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
23006 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
23007 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
23008 unsafe because of problems with principal values (although these
23009 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
23011 Common factors are canceled from products on both sides of an
23012 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
23013 to @expr{a / b}.  Such factors are never canceled from
23014 inequalities:  Even the extended simplifications are not bold enough to
23015 reduce @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
23016 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
23017 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
23018 both sides of an inequality.
23020 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
23021 @subsection Simplification of Units
23023 @noindent
23024 The simplifications described in this section (as well as the algebraic
23025 simplifications) are applied when units need to be simplified.  They can
23026 be applied using the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command, or
23027 will be done automatically in Units Simplification mode (@kbd{m U}).
23028 @xref{Basic Operations on Units}.
23030 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
23031 units simplifications.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
23032 and @code{AlgSimpRules}.
23034 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
23035 @xref{Matrix Mode}.
23037 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
23038 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
23039 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
23040 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
23041 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
23042 in terms of the units @expr{u_a}.
23044 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
23045 which the first argument is a number which is out of range for the
23046 leading unit are modified accordingly.
23048 When canceling and combining units in products and quotients,
23049 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
23050 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
23051 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
23052 are not combined in this way.
23054 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
23055 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
23056 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
23058 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
23059 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
23060 units of area) then they are replaced by the ratio between those
23061 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
23062 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
23064 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
23065 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
23066 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
23068 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
23069 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
23070 and @expr{(a^b)^c} to
23071 @texline @math{a^{b c}}
23072 @infoline @expr{a^(b c)}
23073 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
23074 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
23075 real.)
23077 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
23078 base units in that unit name all occur to powers which are a
23079 multiple of the denominator of the power, then the unit name
23080 is expanded out into its base units, which can then be simplified
23081 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
23082 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
23083 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
23084 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
23085 replaced by approximately
23086 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
23087 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5},
23088 which is then changed to
23089 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
23090 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5},
23091 then to @expr{257440 m^3}.
23093 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
23094 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
23095 applied to unit names or products or quotients involving units, are
23096 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
23097 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
23098 and the righthand term simplifies to @code{in}.
23100 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
23101 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
23102 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
23103 with the angular mode temporarily set to radians.
23105 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
23106 @section Polynomials
23108 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
23109 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
23110 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
23111 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
23112 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
23113 are often numbers, but they may in general be any formulas not
23114 involving the base variable.
23116 @kindex a f
23117 @pindex calc-factor
23118 @tindex factor
23119 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
23120 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
23121 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
23122 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
23123 @expr{(a + b) (c + d)}.
23125 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
23126 linear in several variables, such as the second example above, are
23127 merged according to the distributive law.  Formulas which are
23128 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
23129 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
23130 terms.  The first example above factors into three linear terms
23131 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
23132 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
23133 rewrite mechanism.
23135 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
23136 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
23137 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
23138 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
23139 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
23140 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
23141 integers (whose number of digits approaches the current precision).
23142 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
23143 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
23144 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
23145 version of Calc.)
23147 @vindex FactorRules
23148 @ignore
23149 @starindex
23150 @end ignore
23151 @tindex thecoefs
23152 @ignore
23153 @starindex
23154 @end ignore
23155 @ignore
23156 @mindex @idots
23157 @end ignore
23158 @tindex thefactors
23159 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
23160 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
23161 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
23162 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
23163 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
23164 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
23165 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
23166 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
23167 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
23168 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
23169 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
23170 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
23171 Calc then multiplies these terms together to get the complete
23172 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
23173 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
23174 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
23175 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23176 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23178 @kindex H a f
23179 @tindex factors
23180 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23181 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23182 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23183 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23184 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23185 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23186 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23187 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23188 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23189 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23190 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23192 @kindex a c
23193 @pindex calc-collect
23194 @tindex collect
23195 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23196 formula as a
23197 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23198 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23199 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23200 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23201 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23202 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23203 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23204 not be expanded.
23206 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23207 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23208 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23209 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23210 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23212 @kindex a x
23213 @pindex calc-expand
23214 @tindex expand
23215 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23216 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23217 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23218 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23219 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23220 the partially expanded expression is left on the stack.
23222 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23223 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23224 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23225 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23226 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23227 also know many other kinds of expansions, such as
23228 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23229 do not do.)
23231 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23232 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23233 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23234 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23235 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23236 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23237 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23238 the way in one step.
23240 @kindex a a
23241 @pindex calc-apart
23242 @tindex apart
23243 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23244 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23245 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23246 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23247 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23248 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23249 chooses the base variable automatically.
23251 @kindex a n
23252 @pindex calc-normalize-rat
23253 @tindex nrat
23254 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23255 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23256 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23257 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23258 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23259 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23261 @kindex a \
23262 @pindex calc-poly-div
23263 @tindex pdiv
23264 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23265 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23266 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23267 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23268 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23269 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23270 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23271 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23272 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23274 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23275 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23276 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23277 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23278 above.
23280 @kindex a %
23281 @pindex calc-poly-rem
23282 @tindex prem
23283 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23284 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23285 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23286 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23287 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23288 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23290 @kindex a /
23291 @kindex H a /
23292 @pindex calc-poly-div-rem
23293 @tindex pdivrem
23294 @tindex pdivide
23295 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23296 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23297 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23298 command divides two polynomials and constructs the formula
23299 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23300 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23302 @kindex a g
23303 @pindex calc-poly-gcd
23304 @tindex pgcd
23305 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23306 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23307 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23308 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23309 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23310 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23311 definition of GCD ensures that this division can take place without
23312 leaving a remainder.)
23314 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23315 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23316 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23317 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23318 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23319 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23320 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23322 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23323 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23324 polynomial routines used in the above commands.
23326 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23327 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23329 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23330 @section Calculus
23332 @noindent
23333 The following calculus commands do not automatically simplify their
23334 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23335 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23336 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23337 readable way.
23339 @menu
23340 * Differentiation::
23341 * Integration::
23342 * Customizing the Integrator::
23343 * Numerical Integration::
23344 * Taylor Series::
23345 @end menu
23347 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23348 @subsection Differentiation
23350 @noindent
23351 @kindex a d
23352 @kindex H a d
23353 @pindex calc-derivative
23354 @tindex deriv
23355 @tindex tderiv
23356 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23357 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23358 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23359 in the formula other than the specified differentiation variable are
23360 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23361 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23362 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23363 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23364 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23365 are considered constant, as are variables that have been declared
23366 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23368 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23369 @var{n}th derivative.
23371 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23372 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23373 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23374 answer!
23376 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23377 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23378 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point
23379 @texline @math{x=x_0}.
23380 @infoline @expr{x=x0}.
23382 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23383 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23384 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23385 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23386 derivative of @code{f}.
23388 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23389 the functions according to their defining formulas unless you have
23390 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23391 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23392 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23393 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23394 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23395 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23397 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23398 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23399 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23400 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23401 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23402 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23403 argument once).
23405 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23406 @subsection Integration
23408 @noindent
23409 @kindex a i
23410 @pindex calc-integral
23411 @tindex integ
23412 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23413 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23414 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23415 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23416 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23417 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23418 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however;
23419 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23420 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23421 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23422 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23423 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23424 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23425 hyperbolic functions can be integrated.
23427 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23428 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23429 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23430 lower limit and an upper limit.
23432 @ifnottex
23433 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23434 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23435 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23436 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23437 integral from @code{a} to @code{b}.
23438 @end ifnottex
23439 @tex
23440 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23441 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23442 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23443 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23444 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23445 @end tex
23447 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23448 produces results that are significantly more complex than they need to
23449 be.  For example, the integral Calc finds for
23450 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23451 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23452 is several times more complicated than the answer Mathematica
23453 returns for the same input, although the two forms are numerically
23454 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23455 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23456 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23457 Calc's solution for
23458 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23459 @infoline @expr{1/(1+tan(x))}
23460 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23461 constant factor of
23462 @texline @math{\pi i / 2}
23463 @infoline @expr{pi i / 2},
23464 due to a different choice of constant of integration.
23466 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23467 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23468 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23469 suspect this is not happening when it should, use the
23470 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23472 @vindex IntegLimit
23473 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23474 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23475 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23476 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23477 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23478 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23479 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23480 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23481 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23482 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23483 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23484 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23486 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23487 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23488 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23489 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23490 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23492 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23493 @subsection Customizing the Integrator
23495 @noindent
23496 @vindex IntegRules
23497 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23498 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23499 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23500 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23501 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23502 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23503 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23504 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23505 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23506 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23507 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23508 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23509 automatically made various transformations on the integral to allow it
23510 to use your rule; integral tables generally give rules for
23511 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23512 in your @code{IntegRules}.
23514 @cindex Exponential integral Ei(x)
23515 @ignore
23516 @starindex
23517 @end ignore
23518 @tindex Ei
23519 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23520 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23521 integral'' function
23522 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23523 @infoline @expr{Ei(x)}
23524 was invented to describe it.
23525 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23526 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23527 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23528 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23529 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23530 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23531 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23532 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23533 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23535 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23536 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23537 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23538 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23539 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23540 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23541 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23542 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23543 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23544 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23545 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23546 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23547 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23549 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23550 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23551 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23552 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23553 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23554 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23555 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23556 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23557 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23558 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23559 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23560 it need not be.
23562 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23563 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23564 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23565 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23566 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23567 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23568 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23569 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23570 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23571 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23572 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23573 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23574 own with the information it knows, then your substitution rule will
23575 work only in very specific, simple cases.
23577 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23578 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23579 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23580 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23581 forever!)
23583 @vindex IntegSimpRules
23584 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23585 every time the integrator uses algebraic simplifications to simplify an
23586 intermediate result.  For example, putting the rule
23587 @samp{twice(x) := 2 x} into  @code{IntegSimpRules} would tell Calc to
23588 convert the @code{twice} function into a form it knows whenever
23589 integration is attempted.
23591 One more way to influence the integrator is to define a function with
23592 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23593 integrator automatically expands such functions according to their
23594 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23595 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23596 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23597 do this.)
23599 @vindex IntegAfterRules
23600 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23601 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23602 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23603 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23604 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23605 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23606 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23607 (It also does algebraic simplifications, without @code{IntegSimpRules},
23608 after that to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23609 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23610 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23611 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23612 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23613 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23614 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23615 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23616 @code{IntegSimpRules}.
23618 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23619 @subsection Numerical Integration
23621 @noindent
23622 @kindex a I
23623 @pindex calc-num-integral
23624 @tindex ninteg
23625 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23626 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23627 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23628 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23629 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23630 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23632 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23633 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23634 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23635 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23636 the Romberg method works especially well when the function being
23637 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23638 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23639 determine the value of the integral.
23641 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23642 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23643 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23644 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23645 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23646 well-behaved in the specified interval.
23648 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23649 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23650 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23651 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23652 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23653 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23654 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23656 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23657 @subsection Taylor Series
23659 @noindent
23660 @kindex a t
23661 @pindex calc-taylor
23662 @tindex taylor
23663 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23664 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23665 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23666 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23667 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23668 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23669 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23670 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23671 may appear to get fewer terms than you asked for.
23673 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23674 function, you can get an approximation by integrating the function's
23675 Taylor series.
23677 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23678 @section Solving Equations
23680 @noindent
23681 @kindex a S
23682 @pindex calc-solve-for
23683 @tindex solve
23684 @cindex Equations, solving
23685 @cindex Solving equations
23686 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23687 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23688 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23689 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23690 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23691 form @expr{X = 0}.
23693 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23694 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23695 be; for example, solving
23696 @texline @math{a < b \, c}
23697 @infoline @expr{a < b c}
23698 for @expr{b} is impossible
23699 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23700 produce the result
23701 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23702 @infoline @expr{b != a/c}
23703 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23704 inequality is now unknown.  The inequality
23705 @texline @math{a \le b \, c}
23706 @infoline @expr{a <= b c}
23707 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23708 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23710 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23711 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23712 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23713 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23715 @menu
23716 * Multiple Solutions::
23717 * Solving Systems of Equations::
23718 * Decomposing Polynomials::
23719 @end menu
23721 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23722 @subsection Multiple Solutions
23724 @noindent
23725 @kindex H a S
23726 @tindex fsolve
23727 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23728 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23729 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23730 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23731 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23732 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23733 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23734 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23735 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23736 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23737 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23738 of these variables.
23740 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23741 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23742 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23743 think about it is that the square-root operation is really a
23744 two-valued function; since every Calc function must return a
23745 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23746 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23747 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23749 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23750 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23751 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23752 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23753 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23754 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23755 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23756 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23758 @cindex @code{GenCount} variable
23759 @vindex GenCount
23760 @ignore
23761 @starindex
23762 @end ignore
23763 @tindex an
23764 @ignore
23765 @starindex
23766 @end ignore
23767 @tindex as
23768 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23769 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23770 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23771 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23772 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23773 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23774 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23775 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23776 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23777 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23778 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23779 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23780 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23781 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23783 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23784 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23786 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23787 in that variable is not a positive integer, the regular
23788 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23790 @kindex I a S
23791 @kindex H I a S
23792 @tindex finv
23793 @tindex ffinv
23794 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23795 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23796 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23797 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23798 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23799 fully general inverse, as described above.
23801 @kindex a P
23802 @pindex calc-poly-roots
23803 @tindex roots
23804 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23805 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23806 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23807 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23808 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23809 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23810 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23811 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23812 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23813 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23814 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23815 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23816 reported; @pxref{Declarations}.)
23818 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23819 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23820 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23821 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23822 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23823 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23824 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23825 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23826 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23827 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23828 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23829 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23830 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23831 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23832 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23833 are all numbers (real or complex).
23835 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23836 @subsection Solving Systems of Equations
23838 @noindent
23839 @cindex Systems of equations, symbolic
23840 You can also use the commands described above to solve systems of
23841 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23842 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23843 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23844 at the prompt.)
23846 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23847 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23848 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23849 have the same length as the variables vector, and the variables
23850 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23851 are not always simplified as far as possible; the solution for
23852 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23853 command.
23855 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23856 time by solving one of the equations for that variable and then
23857 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23858 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23859 first tries to eliminate the first variable with the first
23860 equation, then the second variable with the second equation,
23861 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23862 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23863 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23864 nonlinear systems.
23866 @ignore
23867 @starindex
23868 @end ignore
23869 @tindex elim
23870 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23871 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23872 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23873 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23874 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23875 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23876 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23877 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23878 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23879 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23880 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23881 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23883 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23884 Calc simply eliminates those variables from the equations
23885 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23886 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23887 eliminated will reduce the number of equations in the system
23888 by one.
23890 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23891 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23892 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23893 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23894 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23895 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23896 variables you requested.)
23898 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23899 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23900 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23902 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23903 @subsection Decomposing Polynomials
23905 @noindent
23906 @ignore
23907 @starindex
23908 @end ignore
23909 @tindex poly
23910 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23911 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23912 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23913 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23914 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23915 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23916 of length one, representing a polynomial with only a constant
23917 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23918 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23919 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23920 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23921 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23923 @cindex Coefficients of polynomial
23924 @cindex Degree of polynomial
23925 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23926 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23927 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23928 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23929 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23931 @ignore
23932 @starindex
23933 @end ignore
23934 @tindex gpoly
23935 One important feature of the solver is its ability to recognize
23936 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23937 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23938 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23939 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23940 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23941 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23942 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23943 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23944 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23945 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23946 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23947 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23948 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23949 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23950 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23951 is considered trivial.
23953 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23954 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23956 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23957 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23958 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23959 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23960 a quartic polynomial in @expr{x}.
23962 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23963 discover:
23965 @smallexample
23966 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23967 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23968 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23969 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23970 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23971 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23972 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23973 @end smallexample
23975 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23976 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23977 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23978 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23979 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23980 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23981 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23982 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23984 @ignore
23985 @starindex
23986 @end ignore
23987 @tindex pdeg
23988 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23989 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23990 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23991 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23992 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23993 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23994 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23995 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23996 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23997 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23998 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23999 (minus infinity).
24001 @ignore
24002 @starindex
24003 @end ignore
24004 @tindex plead
24005 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
24006 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
24007 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
24008 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
24009 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
24011 @ignore
24012 @starindex
24013 @end ignore
24014 @tindex pcont
24015 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
24016 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
24017 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
24018 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
24019 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
24020 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
24021 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
24022 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
24023 coefficient.
24025 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
24026 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
24027 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
24028 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
24029 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
24030 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
24031 Dividing the polynomial by this number will clear all the
24032 denominators, as well as dividing by any common content in the
24033 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
24034 if all the coefficients in the polynomial are negative.
24036 @ignore
24037 @starindex
24038 @end ignore
24039 @tindex pprim
24040 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
24041 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
24042 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
24043 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
24044 terms.
24046 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
24047 @section Numerical Solutions
24049 @noindent
24050 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
24051 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
24052 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
24053 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
24054 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
24056 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
24057 on numerical data.)
24059 @menu
24060 * Root Finding::
24061 * Minimization::
24062 * Numerical Systems of Equations::
24063 @end menu
24065 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
24066 @subsection Root Finding
24068 @noindent
24069 @kindex a R
24070 @pindex calc-find-root
24071 @tindex root
24072 @cindex Newton's method
24073 @cindex Roots of equations
24074 @cindex Numerical root-finding
24075 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
24076 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
24077 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
24078 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
24080 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
24081 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
24082 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
24083 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
24084 a value is assigned to the solution variable and the formula is
24085 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
24086 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
24087 this command.
24089 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
24090 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
24091 solves the equation, and the difference between the lefthand and
24092 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
24093 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
24094 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
24095 number may be slightly different from the value you would compute from
24096 the equation yourself.)
24098 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
24099 the first element of the result vector, discarding the error term.
24101 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
24102 for a real solution near that number, or a complex number, in which
24103 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
24104 solution, or it can be an interval form which restricts the search
24105 to real numbers inside that interval.
24107 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
24108 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
24109 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
24110 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
24111 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
24112 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
24113 complex number, the function must be differentiable.
24115 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
24116 is negative at one end of the interval you specify and positive at
24117 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
24118 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
24119 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
24120 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
24122 @kindex H a R
24123 @tindex wroot
24124 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
24125 that if the initial guess is an interval for which the function has
24126 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
24127 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
24128 you are not sure if the function has a root in your interval.
24130 If the function is not differentiable, and you give a simple number
24131 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
24132 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
24133 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
24134 require a bounding interval in order to work.)
24136 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
24137 form on the stack, it will normally display an explanation for why
24138 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
24139 (@code{calc-why}) to get it back.
24141 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
24142 @subsection Minimization
24144 @noindent
24145 @kindex a N
24146 @kindex H a N
24147 @kindex a X
24148 @kindex H a X
24149 @pindex calc-find-minimum
24150 @pindex calc-find-maximum
24151 @tindex minimize
24152 @tindex maximize
24153 @cindex Minimization, numerical
24154 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
24155 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
24156 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
24157 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
24158 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
24159 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
24160 value of the variable which minimizes the formula's value, along
24161 with the minimum value itself.
24163 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
24164 have more than one minimum; some, like
24165 @texline @math{x \sin x},
24166 @infoline @expr{x sin(x)},
24167 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
24168 ``global'' minimum of
24169 @texline @math{x \sin x}
24170 @infoline @expr{x sin(x)}
24171 but Calc can still locate any particular local minimum
24172 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
24173 finds a point at which the function's value is greater both to the left
24174 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
24176 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24177 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24178 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24179 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24180 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24181 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24182 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24183 any, that happens to lie in that range.
24185 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24186 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24187 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24188 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24189 answer.
24191 @ignore
24192 @mindex wmin@idots
24193 @end ignore
24194 @tindex wminimize
24195 @ignore
24196 @mindex wmax@idots
24197 @end ignore
24198 @tindex wmaximize
24199 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24200 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24201 that the minimum lie inside the interval you supply.
24203 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24204 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24205 negative of the formula you supply.
24207 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24208 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24209 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24210 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24211 be minimized over the reals.
24213 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
24214 @subsection Systems of Equations
24216 @noindent
24217 @cindex Systems of equations, numerical
24218 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24219 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24220 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24221 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24222 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24223 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24224 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24225 values that solved the system of equations, and the differences
24226 between the sides of the equations with those variable values.
24227 There must be the same number of equations as variables.  Since
24228 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24229 no effect when solving a system of equations.
24231 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24232 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24233 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24234 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24235 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24236 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24237 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24239 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24240 @section Curve Fitting
24242 @noindent
24243 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24244 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24245 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24246 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24247 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24248 possible fit.  The model formula can be entered in various ways after
24249 the key sequence @kbd{a F} is pressed.
24251 If the letter @kbd{P} is pressed after @kbd{a F} but before the model
24252 description is entered, the data as well as the model formula will be
24253 plotted after the formula is determined.  This will be indicated by a
24254 ``P'' in the minibuffer after the help message.
24256 @menu
24257 * Linear Fits::
24258 * Polynomial and Multilinear Fits::
24259 * Error Estimates for Fits::
24260 * Standard Nonlinear Models::
24261 * Curve Fitting Details::
24262 * Interpolation::
24263 @end menu
24265 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24266 @subsection Linear Fits
24268 @noindent
24269 @kindex a F
24270 @pindex calc-curve-fit
24271 @tindex fit
24272 @cindex Linear regression
24273 @cindex Least-squares fits
24274 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24275 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24276 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24277 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24278 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24279 fit for the data.
24281 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24282 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24283 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24284 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24285 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24286 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24287 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24288 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24290 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24291 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24292 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24293 the @dfn{parameters} of the model.
24295 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24296 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24297 for a linear or polynomial fit, this would be a
24298 @texline @math{2\times N}
24299 @infoline 2xN
24300 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24301 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24302 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24303 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24305 If you happen to have an
24306 @texline @math{N\times2}
24307 @infoline Nx2
24308 matrix instead of a
24309 @texline @math{2\times N}
24310 @infoline 2xN
24311 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24313 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24314 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24316 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24317 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24318 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24319 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24320 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24321 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24322 name only those and let the parameters use default names.
24324 For example, suppose the data matrix
24326 @ifnottex
24327 @example
24328 @group
24329 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24330   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24331 @end group
24332 @end example
24333 @end ifnottex
24334 @tex
24335 \beforedisplay
24336 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24337              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24339 \afterdisplay
24340 @end tex
24342 @noindent
24343 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24344 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24345 the default names.  The result will be the formula @expr{3. + 2. x}
24346 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24347 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24348 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24349 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24350 formula.
24352 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24353 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24354 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24355 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24356 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24357 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24359 Specifying a different independent variable name will affect the
24360 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24361 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24362 the equations that go into the trail.
24364 @tex
24365 \bigskip
24366 @end tex
24368 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24369 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24370 The result is:
24372 @example
24373 2.6 + 2.2 x
24374 @end example
24376 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24377 a reasonably close match to the y-values in the data.
24379 @example
24380 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24381 @end example
24383 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24384 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24385 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24386 error measure
24388 @ifnottex
24389 @example
24390 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24391 @end example
24392 @end ifnottex
24393 @tex
24394 \beforedisplay
24395 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24396 \afterdisplay
24397 @end tex
24399 @noindent
24400 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24401 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24402 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24403 summand is squared, one of them being to ensure that
24404 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24405 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24406 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24407 for which the error
24408 @texline @math{\chi^2}
24409 @infoline @expr{chi^2}
24410 is as small as possible.
24412 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24413 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24415 @tex
24416 \bigskip
24417 @end tex
24419 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24420 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24421 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24422 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24423 is always one independent variable and one dependent variable.
24425 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24426 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24427 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24428 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24429 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24431 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24432 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24434 @noindent
24435 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24436 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24437 we could fit the original data matrix from the previous section
24438 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24439 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24441 @example
24442 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24443 @end example
24445 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24446 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24447 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24448 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24449 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24450 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24451 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24452 won't help.)
24454 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24455 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24456 line slightly to improve the fit.
24458 @example
24459 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24460 @end example
24462 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24463 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24464 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24465 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24466 a polynomial that exactly matches all five data points:
24468 @example
24469 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24470 @end example
24472 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24473 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24474 It is a good idea to increase the working precision to several
24475 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24476 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24477 results.
24479 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24480 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24481 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24482 automatically.
24484 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24485 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24486 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24487 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24488 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24489 command described below.  @xref{Interpolation}.
24491 @tex
24492 \bigskip
24493 @end tex
24495 Another generalization of the linear model is to assume the
24496 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24497 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24498 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24499 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24501 Given the data matrix,
24503 @example
24504 @group
24505 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24506   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24507   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24508 @end group
24509 @end example
24511 @noindent
24512 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24513 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24514 model @expr{a + b x + c y}.
24516 @example
24517 8. + 3. x + 0.5 y
24518 @end example
24520 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24521 (i.e., with any number of data rows).
24523 @tex
24524 \bigskip
24525 @end tex
24527 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24528 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24529 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24530 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24531 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24532 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24533 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24534 This will be indicated by an ``h'' in the minibuffer after the help
24535 message.
24537 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24538 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24539 key to select models like these, a later section shows how to enter
24540 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24541 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24543 Another class of models that will work but must be entered by hand
24544 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24546 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24547 @subsection Error Estimates for Fits
24549 @noindent
24550 @kindex H a F
24551 @tindex efit
24552 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24553 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24554 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24555 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24557 @example
24558 3. + 2. x
24559 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24560 @end example
24562 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24563 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24564 moderately small, because the data are still very close to linear.
24566 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24567 contain error forms.  The data values must either all include errors
24568 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24569 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24570 row contains error forms
24571 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}',
24572 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}',
24573 then the
24574 @texline @math{\chi^2}
24575 @infoline @expr{chi^2}
24576 statistic is now,
24578 @ifnottex
24579 @example
24580 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24581 @end example
24582 @end ifnottex
24583 @tex
24584 \beforedisplay
24585 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24586 \afterdisplay
24587 @end tex
24589 @noindent
24590 so that data points with larger error estimates contribute less to
24591 the fitting operation.
24593 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24594 errors for a given data point are combined; the square root of the
24595 sum of the squares of the errors forms the
24596 @texline @math{\sigma_i}
24597 @infoline @expr{sigma_i}
24598 used for the data point.
24600 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24601 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24602 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24603 estimates.
24605 If the input contains error forms but all the
24606 @texline @math{\sigma_i}
24607 @infoline @expr{sigma_i}
24608 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24609 will be the same as if the input did not have error forms at all
24610 @texline (@math{\chi^2}
24611 @infoline (@expr{chi^2}
24612 is simply scaled uniformly by
24613 @texline @math{1 / \sigma^2},
24614 @infoline @expr{1 / sigma^2},
24615 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24616 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24617 @kbd{H a F}.
24619 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24620 of where these error estimates come from and how they should be
24621 interpreted.
24623 @tex
24624 \bigskip
24625 @end tex
24627 @kindex I a F
24628 @tindex xfit
24629 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24630 information.  The result is a vector of six items:
24632 @enumerate
24633 @item
24634 The model formula with error forms for its coefficients or
24635 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24636 produced.
24638 @item
24639 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24640 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24641 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24642 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24643 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24645 @item
24646 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24647 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24648 @texline @math{C_{jj}}
24649 @infoline @expr{C_j_j}
24650 are the variances
24651 @texline @math{\sigma_j^2}
24652 @infoline @expr{sigma_j^2}
24653 of the parameters.  The other elements are covariances
24654 @texline @math{\sigma_{ij}^2}
24655 @infoline @expr{sigma_i_j^2}
24656 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24657 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients}
24658 @texline @math{r_{ij}},
24659 @infoline @expr{r_i_j},
24660 are defined as
24661 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24662 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24664 @item
24665 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24666 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24667 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24668 polynomial and multilinear fits described so far.
24670 @item
24671 The value of
24672 @texline @math{\chi^2}
24673 @infoline @expr{chi^2}
24674 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24675 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24676 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24677 @infoline @expr{chi^2 = N - M}
24678 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24679 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24681 @item
24682 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24683 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24684 function using
24685 @texline @math{\chi^2}
24686 @infoline @expr{chi^2}
24687 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24688 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24689 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24690 particular,
24691 @texline @math{\chi^2}
24692 @infoline @expr{chi^2}
24693 statistics assume the errors in your inputs
24694 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24695 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24697 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24698 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24699 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the
24700 @texline @math{\chi^2}
24701 @infoline @expr{chi^2}
24702 value has effectively been used to estimate the original errors
24703 in the input, and thus there is no redundant information left
24704 over to use for a confidence test.
24705 @end enumerate
24707 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24708 @subsection Standard Nonlinear Models
24710 @noindent
24711 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24712 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24713 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24715 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24717 @table @kbd
24718 @item 1
24719 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24720 @item 2-9
24721 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24722 @item e
24723 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24724 @item E
24725 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24726 @item x
24727 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24728 @item X
24729 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24730 @item l
24731 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24732 @item L
24733 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24734 @item ^
24735 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24736 @item p
24737 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24738 @item q
24739 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24740 @item g
24741 Gaussian.
24742 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24743 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24744 @item s
24745 Logistic @emph{s} curve.
24746 @texline @math{a/(1+e^{b(x-c)})}.
24747 @infoline @mathit{a/(1 + exp(b (x - c)))}.
24748 @item b
24749 Logistic bell curve.
24750 @texline @math{ae^{b(x-c)}/(1+e^{b(x-c)})^2}.
24751 @infoline @mathit{a exp(b (x - c))/(1 + exp(b (x - c)))^2}.
24752 @item o
24753 Hubbert linearization.
24754 @texline @math{{y \over x} = a(1-x/b)}.
24755 @infoline @mathit{(y/x) = a (1 - x/b)}.
24756 @end table
24758 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24759 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24760 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24761 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24762 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24764 All models except Gaussian, logistics, Hubbert and polynomials can
24765 generalize as shown to any number of independent variables.  Also, all
24766 the built-in models except for the logistic and Hubbert curves have an
24767 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24768 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24769 before the model key.
24771 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24772 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24773 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24774 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24775 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24776 matches the problem.
24778 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24779 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24780 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24781 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24782 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24783 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24785 @tex
24786 \bigskip
24787 @end tex
24789 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24790 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24791 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24792 will work, though---see the next section for details.)
24794 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24795 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24796 equal terms; this model effectively has two parameters
24797 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24798 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24799 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24800 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24801 model.
24803 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24804 the variables that appear in the model.  These are used for the
24805 default parameters, independent variables, and dependent variable
24806 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24807 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24808 and thus does not need a name.
24810 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24811 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24812 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24813 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24814 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24815 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24816 variables.
24818 You can, of course, override these choices by entering something
24819 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24820 those variables must have stored values and those stored values will
24821 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24822 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24823 If you list only independent variables, all the remaining variables
24824 in the model formula will become parameters.
24826 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24827 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24828 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24829 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24830 a linear model.
24832 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24833 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24834 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24835 choose which variables in the formula are independent by default and
24836 which are parameters.
24838 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24839 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24840 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24841 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24842 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24843 those listed as @var{vars} are parameters.)
24845 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24846 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24848 @tex
24849 \bigskip
24850 @end tex
24852 @vindex Model1
24853 @vindex Model2
24854 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24855 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24856 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24857 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24858 accept for a model on the stack.
24860 @tex
24861 \bigskip
24862 @end tex
24864 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24865 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24866 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24867 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24868 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24869 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24870 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24871 so that the argument of the sine might go from zero to
24872 @texline @math{3\times360}
24873 @infoline @mathit{3*360}
24874 degrees.
24875 The above model would appear to be a good way to determine the
24876 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24877 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24878 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24879 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24880 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24881 even approximately.
24883 There is no good solution to this problem at present.  You could
24884 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24885 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24886 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24887 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24888 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24889 taking Fourier and related transforms.)
24891 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24892 @subsection Curve Fitting Details
24894 @noindent
24895 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24896 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24897 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24898 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24899 (of course there can be any number of each, not just three).
24901 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24902 to convert the model into this form.  For example, if the model
24903 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24904 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24906 For most other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24907 to try to put the problem into the form
24909 @smallexample
24910 Y(x,y,z) = A(a,b,c) F(x,y,z) + B(a,b,c) G(x,y,z) + C(a,b,c) H(x,y,z)
24911 @end smallexample
24913 @noindent
24914 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24915 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24916 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24917 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24918 in terms of @expr{A,B,C}.
24920 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24921 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24922 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24923 can be rewritten as follows:
24925 @example
24926 y = a x^b
24927 y = a exp(b ln(x))
24928 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24929 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24930 @end example
24932 @noindent
24933 which matches the desired form with
24934 @texline @math{Y = \ln(y)},
24935 @infoline @expr{Y = ln(y)},
24936 @texline @math{A = \ln(a)},
24937 @infoline @expr{A = ln(a)},
24938 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and
24939 @texline @math{G = \ln(x)}.
24940 @infoline @expr{G = ln(x)}.
24941 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24942 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get
24943 @texline @math{a = \exp(A)}
24944 @infoline @expr{a = exp(A)}
24945 and @expr{b = B}.
24947 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24948 be handled by expanding according to the distributive law.
24950 @example
24951 y = a + b*(x - c)^2
24952 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24953 @end example
24955 @noindent
24956 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24957 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24958 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24959 @expr{H = x^2}.
24961 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24962 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24963 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24965 The logistic models cannot be put into general linear form.  For these
24966 models, and the Hubbert linearization, Calc computes a rough
24967 approximation for the parameters, then uses the Levenberg-Marquardt
24968 iterative method to refine the approximations.
24970 Another model that cannot be put into general linear
24971 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24972 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24973 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24974 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24975 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24976 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24977 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24978 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24979 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
24980 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
24981 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
24983 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24984 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24985 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24987 @tex
24988 \bigskip
24989 @end tex
24991 A last desperate step would be to use the general-purpose
24992 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24993 functions solve the problem of minimizing an expression (the
24994 @texline @math{\chi^2}
24995 @infoline @expr{chi^2}
24996 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24997 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24998 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24999 command can do the same thing by brute force.
25001 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
25002 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
25003 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
25004 to be minimized would be the value of
25005 @texline @math{\chi^2}
25006 @infoline @expr{chi^2}
25007 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
25009 @smallexample
25010 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
25011 @end smallexample
25013 @noindent
25014 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
25015 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
25016 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
25017 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
25018 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
25019 were used by itself to solve the problem).
25021 @tex
25022 \bigskip
25023 @end tex
25025 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
25026 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
25027 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
25028 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
25029 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
25030 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
25031 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
25032 and so on (which is always true if the model is already linear
25033 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
25034 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
25035 of one formula per parameter in the original model.  The raw
25036 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
25037 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
25038 and so on.
25040 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
25041 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
25042 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
25043 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
25044 values to be substituted into the original model.  In the case of
25045 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
25046 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
25047 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
25048 standard error-form arithmetic take it from there.
25050 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
25051 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
25052 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
25053 figure out how to interpret the covariances in the presence of
25054 nontrivial filter functions.
25056 Things are also complicated when the input contains error forms.
25057 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
25058 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
25059 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
25060 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
25061 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
25062 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
25063 linearized model is evaluated, and the result should be an error
25064 form.  The error part of that result is used for
25065 @texline @math{\sigma_i}
25066 @infoline @expr{sigma_i}
25067 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return
25068 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for
25069 @texline @math{\sigma_i}.
25070 @infoline @expr{sigma_i}.
25071 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
25072 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
25073 the righthand side of the linearized model is computed in regular
25074 arithmetic with no error forms.
25076 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
25077 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
25078 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
25079 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
25080 and multilinear models, the combined error is simply used as the
25081 @texline @math{\sigma}
25082 @infoline @expr{sigma}
25083 for the data point with no further ado.)
25085 @tex
25086 \bigskip
25087 @end tex
25089 @vindex FitRules
25090 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
25091 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
25092 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
25093 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
25094 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
25095 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
25096 @xref{Operations on Variables}.
25098 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
25100 @ignore
25101 @starindex
25102 @end ignore
25103 @tindex fitvar
25104 @ignore
25105 @starindex
25106 @end ignore
25107 @ignore
25108 @mindex @idots
25109 @end ignore
25110 @tindex fitparam
25111 @ignore
25112 @starindex
25113 @end ignore
25114 @ignore
25115 @mindex @null
25116 @end ignore
25117 @tindex fitmodel
25118 @ignore
25119 @starindex
25120 @end ignore
25121 @ignore
25122 @mindex @null
25123 @end ignore
25124 @tindex fitsystem
25125 @ignore
25126 @starindex
25127 @end ignore
25128 @ignore
25129 @mindex @null
25130 @end ignore
25131 @tindex fitdummy
25132 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
25133 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
25134 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
25135 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
25136 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
25137 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
25138 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
25139 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
25140 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
25142 @smallexample
25143 @group
25144 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
25145 @end group
25146 @end smallexample
25148 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
25149 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
25150 changes are possible.)
25152 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
25153 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
25155 @example
25156 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
25157 @end example
25159 @noindent
25160 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
25161 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
25162 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
25163 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
25164 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
25165 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
25166 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
25168 The power law model eventually boils down to
25170 @smallexample
25171 @group
25172 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25173           [1, ln(fitvar(1))],
25174           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25175 @end group
25176 @end smallexample
25178 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25179 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25180 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25181 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25182 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25183 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25184 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25185 and the distributive law is used to expand products of sums.
25186 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25187 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25188 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25189 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25190 will probably only need to modify the rules for this phase.
25192 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25193 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25194 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25195 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25196 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25197 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25198 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25199 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25200 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25201 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25202 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25203 raw parameters, for now.)
25205 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25206 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25207 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25208 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25209 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25210 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25211 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25212 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25213 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25214 using the distributive law in order to minimize the number of
25215 raw parameters needed.
25217 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25218 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25219 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25220 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25221 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25222 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25223 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25224 least-squares solver wants to see.
25226 @ignore
25227 @starindex
25228 @end ignore
25229 @ignore
25230 @mindex hasfit@idots
25231 @end ignore
25232 @tindex hasfitparams
25233 @ignore
25234 @starindex
25235 @end ignore
25236 @ignore
25237 @mindex @null
25238 @end ignore
25239 @tindex hasfitvars
25240 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25241 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25242 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25243 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25244 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25245 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25246 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25247 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25248 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25250 @tex
25251 \bigskip
25252 @end tex
25254 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25255 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25256 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25257 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25258 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25259 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25260 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25261 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25262 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25263 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25265 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25266 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25267 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25268 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25269 and the lower ones for @var{params}.
25271 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25272 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25273 and variables, as discussed previously.
25275 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25276 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25277 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25278 linearizer was unable to put the model into the required form.
25280 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25281 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25283 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
25284 @subsection Polynomial Interpolation
25286 @kindex a p
25287 @pindex calc-poly-interp
25288 @tindex polint
25289 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25290 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25291 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25292 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25293 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25294 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25295 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25296 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25297 efficient and more numerically stable.)
25299 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25300 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25301 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25302 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25303 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25304 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25306 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25307 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25309 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25310 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25311 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25312 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25313 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25314 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25316 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25317 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25319 @kindex H a p
25320 @tindex ratint
25321 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25322 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25323 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25324 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25325 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25326 have degree one higher than the numerator).
25328 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25329 describe functions that have poles (points at which the function's value
25330 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25331 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25332 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25333 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25335 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25336 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25337 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25338 capabilities to fit.)
25340 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25341 @section Summations
25343 @noindent
25344 @cindex Summation of a series
25345 @kindex a +
25346 @pindex calc-summation
25347 @tindex sum
25348 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25349 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25350 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25351 name of the summation index variable, the lower limit of the
25352 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25353 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25354 any later ones are answered by reading additional elements from
25355 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25356 produces the result 55.
25357 @tex
25358 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25359 @end tex
25361 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25362 use a variable with a stored value.  In particular, while
25363 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25364 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25365 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25366 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25367 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25368 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25369 (@xref{Storing Variables}.)
25371 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25372 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25373 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25374 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25375 step value, in which case you can enter any formula or enter
25376 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25377 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25378 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25379 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25381 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25382 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25383 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25384 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25385 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25386 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25387 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25388 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25389 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25390 whenever it can for the sake of efficiency.
25392 The notation for sums in algebraic formulas is
25393 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25394 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25395 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25396 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25397 and @samp{inf}, respectively.
25399 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25400 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25401 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25402 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25403 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25404 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25405 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25406 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25408 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25409 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25410 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25411 the limits to include only the range of integers which result in
25412 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25413 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25415 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25416 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25417 Calc computes the number of iterations using the formula
25418 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25419 after algebraic simplification, evaluate to an integer.
25421 If the number of iterations according to the above formula does
25422 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25423 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25424 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25425 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25426 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25427 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25428 the rather dubious answer, 29.25.
25430 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25431 positive step size), the result is generally zero.  However,
25432 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25433 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25434 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25435 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25436 if Calc used a closed form solution.
25438 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25439 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25440 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25441 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25442 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25443 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25444 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25445 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25446 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25447 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25448 closed form.
25450 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25451 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25452 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25453 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25454 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25455 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25456 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25457 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25458 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25459 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if
25460 @texline @math{k \ne k_0},
25461 @infoline @expr{k != k_0},
25462 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25463 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25465 @cindex Alternating sums
25466 @kindex a -
25467 @pindex calc-alt-summation
25468 @tindex asum
25469 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25470 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25471 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25472 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25473 are converted to normal sums with an extra term of the form
25474 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25475 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25476 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25477 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25478 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25479 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25480 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25482 @cindex Product of a sequence
25483 @kindex a *
25484 @pindex calc-product
25485 @tindex prod
25486 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25487 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25488 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25489 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25490 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25492 @kindex a T
25493 @pindex calc-tabulate
25494 @tindex table
25495 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25496 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25497 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25498 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25499 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25501 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25502 @section Logical Operations
25504 @noindent
25505 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25506 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25507 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25508 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25509 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25510 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25511 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25512 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25513 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25514 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25515 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25516 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25517 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25518 false.  @xref{Declarations}.)
25520 @kindex a =
25521 @pindex calc-equal-to
25522 @tindex eq
25523 @tindex =
25524 @tindex ==
25525 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25526 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25527 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25528 are identical expressions, or because they are numbers which are
25529 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25530 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25531 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25532 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25533 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25535 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25536 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25537 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25538 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25539 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25540 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25541 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25542 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25543 zero if not.
25545 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25546 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25547 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25548 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25549 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25550 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25551 variables).
25553 @kindex a #
25554 @pindex calc-not-equal-to
25555 @tindex neq
25556 @tindex !=
25557 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25558 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25559 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25560 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25561 distinct numbers.
25563 @kindex a <
25564 @tindex lt
25565 @ignore
25566 @mindex @idots
25567 @end ignore
25568 @kindex a >
25569 @ignore
25570 @mindex @null
25571 @end ignore
25572 @kindex a [
25573 @ignore
25574 @mindex @null
25575 @end ignore
25576 @kindex a ]
25577 @pindex calc-less-than
25578 @pindex calc-greater-than
25579 @pindex calc-less-equal
25580 @pindex calc-greater-equal
25581 @ignore
25582 @mindex @null
25583 @end ignore
25584 @tindex gt
25585 @ignore
25586 @mindex @null
25587 @end ignore
25588 @tindex leq
25589 @ignore
25590 @mindex @null
25591 @end ignore
25592 @tindex geq
25593 @ignore
25594 @mindex @null
25595 @end ignore
25596 @tindex <
25597 @ignore
25598 @mindex @null
25599 @end ignore
25600 @tindex >
25601 @ignore
25602 @mindex @null
25603 @end ignore
25604 @tindex <=
25605 @ignore
25606 @mindex @null
25607 @end ignore
25608 @tindex >=
25609 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25610 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25611 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25612 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25613 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25615 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25616 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25617 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25618 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25619 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25620 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25621 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25622 involve both equations and inequalities, are not allowed.
25624 @kindex a .
25625 @pindex calc-remove-equal
25626 @tindex rmeq
25627 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25628 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25629 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25630 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25631 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25632 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25633 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25634 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25635 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25636 taking the lefthand side.
25638 @kindex a &
25639 @pindex calc-logical-and
25640 @tindex land
25641 @tindex &&
25642 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25643 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25644 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25645 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25646 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25648 @kindex a |
25649 @pindex calc-logical-or
25650 @tindex lor
25651 @tindex ||
25652 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25653 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25654 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25655 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25656 zero.
25658 @kindex a !
25659 @pindex calc-logical-not
25660 @tindex lnot
25661 @tindex !
25662 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25663 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25664 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25665 number.
25667 @kindex a :
25668 @pindex calc-logical-if
25669 @tindex if
25670 @ignore
25671 @mindex ? :
25672 @end ignore
25673 @tindex ?
25674 @ignore
25675 @mindex @null
25676 @end ignore
25677 @tindex :
25678 @cindex Arguments, not evaluated
25679 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25680 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25681 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25682 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25683 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25684 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25685 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25686 @code{condition}.
25688 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25689 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25690 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25691 @samp{a?(3):4} instead.
25693 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25694 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25695 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25696 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25697 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25698 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25699 with all elements of @expr{a}.
25701 @kindex a @{
25702 @pindex calc-in-set
25703 @tindex in
25704 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25705 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25706 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25707 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25708 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25709 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25710 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25711 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25712 of this sort.
25714 @ignore
25715 @starindex
25716 @end ignore
25717 @tindex typeof
25718 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25719 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25720 the result will be one of the following numbers:
25722 @example
25723  1   Integer
25724  2   Fraction
25725  3   Floating-point number
25726  4   HMS form
25727  5   Rectangular complex number
25728  6   Polar complex number
25729  7   Error form
25730  8   Interval form
25731  9   Modulo form
25732 10   Date-only form
25733 11   Date/time form
25734 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25735 100  Variable
25736 101  Vector (but not a matrix)
25737 102  Matrix
25738 @end example
25740 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25741 represents the name of the top-level function call.
25743 @ignore
25744 @starindex
25745 @end ignore
25746 @tindex integer
25747 @ignore
25748 @starindex
25749 @end ignore
25750 @tindex real
25751 @ignore
25752 @starindex
25753 @end ignore
25754 @tindex constant
25755 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25756 The @samp{real(a)} function
25757 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25758 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25759 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25760 code result except for variables, and provided that the components of
25761 an object like a vector or error form are themselves constant.
25762 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25763 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25765 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25766 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25767 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25768 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25769 literally an integer constant.
25771 @ignore
25772 @starindex
25773 @end ignore
25774 @tindex refers
25775 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25776 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25777 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25778 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25779 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25780 variable (different from @expr{b}).
25782 @ignore
25783 @starindex
25784 @end ignore
25785 @tindex negative
25786 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25787 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25788 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25789 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25790 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25791 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25792 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25793 as a rewrite rule condition).
25795 @ignore
25796 @starindex
25797 @end ignore
25798 @tindex variable
25799 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25800 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25801 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25802 are considered variables like any others by this test.
25804 @ignore
25805 @starindex
25806 @end ignore
25807 @tindex nonvar
25808 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25809 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25810 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25811 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25812 often good enough.
25814 @ignore
25815 @starindex
25816 @end ignore
25817 @tindex lin
25818 @ignore
25819 @starindex
25820 @end ignore
25821 @tindex linnt
25822 @ignore
25823 @starindex
25824 @end ignore
25825 @tindex islin
25826 @ignore
25827 @starindex
25828 @end ignore
25829 @tindex islinnt
25830 @cindex Linearity testing
25831 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25832 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25833 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25834 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25835 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25836 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25837 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25838 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25839 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25840 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25841 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25842 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25843 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25844 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25845 returns true.
25847 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25848 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25849 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25850 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25851 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25852 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25853 linear in @expr{x}).
25855 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25856 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25857 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25858 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25859 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25860 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25861 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25862 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25863 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25864 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25866 @ignore
25867 @starindex
25868 @end ignore
25869 @tindex istrue
25870 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25871 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25872 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25873 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25874 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25875 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25876 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25877 in symbolic form.)
25879 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25880 @section Rewrite Rules
25882 @noindent
25883 @cindex Rewrite rules
25884 @cindex Transformations
25885 @cindex Pattern matching
25886 @kindex a r
25887 @pindex calc-rewrite
25888 @tindex rewrite
25889 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25890 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25891 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25892 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25893 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25894 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25895 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25896 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25897 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25899 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25900 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25901 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25902 entries are being parsed, converting strings of characters into
25903 Calc formulas.
25905 @menu
25906 * Entering Rewrite Rules::
25907 * Basic Rewrite Rules::
25908 * Conditional Rewrite Rules::
25909 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25910 * Other Features of Rewrite Rules::
25911 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25912 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25913 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25914 * Selections with Rewrite Rules::
25915 * Matching Commands::
25916 * Automatic Rewrites::
25917 * Debugging Rewrites::
25918 * Examples of Rewrite Rules::
25919 @end menu
25921 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25922 @subsection Entering Rewrite Rules
25924 @noindent
25925 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25926 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25927 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25928 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25929 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25930 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25931 assignments in special ways.
25933 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25934 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25935 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25936 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25937 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25939 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25940 rules.
25942 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25943 in several ways:
25945 @enumerate
25946 @item
25947 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25948 @item
25949 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25950 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25951 @item
25952 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25953 @kbd{myrules @key{RET}}.
25954 @item
25955 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25956 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25957 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25958 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25959 @item
25960 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25961 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25962 rewritten will come from the second-to-top position).
25963 @end enumerate
25965 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25966 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25967 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25969 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25970 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25971 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25972 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25973 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25974 @pxref{Operations on Variables}.
25976 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25977 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25978 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25979 through that variable, they will be compiled once and saved away
25980 along with the variable for later reference.  This is another good
25981 reason to store your rules in a variable.
25983 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25984 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25985 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25987 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25988 @subsection Basic Rewrite Rules
25990 @noindent
25991 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
25992 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
25993 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25994 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
25995 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25996 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25997 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25998 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25999 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
26000 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
26001 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
26003 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
26004 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
26005 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
26006 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
26007 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
26009 Things other than variables must match exactly between the pattern
26010 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
26011 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
26012 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
26013 @samp{sin(a)+y}.
26015 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
26016 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
26017 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
26018 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
26020 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
26021 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
26022 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
26023 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
26024 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
26026 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
26027 throughout the target formula until no further changes are possible
26028 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
26029 change at a time.
26031 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
26032 @subsection Conditional Rewrite Rules
26034 @noindent
26035 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
26036 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
26037 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
26038 is present in the
26039 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
26040 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
26041 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
26042 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
26043 with Calc's algebraic simplifications.  If the result is a nonzero
26044 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
26045 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
26046 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
26047 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
26048 1 or 0 according to the results of various tests.
26050 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
26051 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
26052 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
26053 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
26054 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
26055 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
26056 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
26057 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
26058 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
26060 While Calc will use declarations to reason about variables in the
26061 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
26062 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
26063 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
26064 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
26065 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
26066 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
26067 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
26068 the condition.
26070 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
26071 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
26072 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
26074 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
26075 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
26077 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
26078 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
26079 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
26080 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
26081 decides when it is best to test each condition while a rule is being
26082 matched.
26084 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
26085 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
26086 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
26087 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
26088 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
26089 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
26090 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
26091 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
26092 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
26094 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
26095 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
26096 because conditions often are expressions that cannot safely be
26097 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
26098 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
26099 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
26100 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
26101 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
26102 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
26104 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
26105 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
26106 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
26107 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
26108 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
26109 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
26110 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
26111 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
26112 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
26114 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
26115 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
26117 @noindent
26118 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
26119 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
26120 the associativity and commutativity of the following functions into
26121 account:
26123 @smallexample
26124 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
26125 @end smallexample
26127 For example, the rewrite rule:
26129 @example
26130 a x + b x  :=  (a + b) x
26131 @end example
26133 @noindent
26134 will match formulas of the form,
26136 @example
26137 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
26138 @end example
26140 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
26141 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
26143 @example
26144 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
26145 @end example
26147 @noindent
26148 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
26150 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
26151 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
26152 will take whichever suitable pair it discovers first.
26154 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
26155 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
26156 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
26157 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
26158 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
26159 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
26160 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
26161 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
26163 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
26164 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
26165 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
26166 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
26167 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
26168 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
26169 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
26170 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
26171 from occurring.
26173 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26174 the rule
26176 @example
26177 f(-x)  :=  -f(x)
26178 @end example
26180 @noindent
26181 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26182 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26183 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26184 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26185 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26186 condition is:
26188 @example
26189 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26190 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26191 @end example
26193 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26194 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26196 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26197 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26198 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26199 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26201 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26202 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26203 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26204 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26205 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26206 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26207 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26208 because while few mathematical operations are substantively different
26209 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26210 of multiplication, division, and integer powers separately.
26212 Even more subtle is the rule set
26214 @example
26215 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26216 @end example
26218 @noindent
26219 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26220 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26221 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26222 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26223 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26224 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26225 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26226 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26227 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26228 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26229 rule will have to be added.
26231 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26232 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26233 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26234 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26235 of the above rule for complex numbers would be
26237 @example
26238 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26239 @end example
26241 @noindent
26242 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26243 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26244 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26245 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26246 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26247 conjugate of a real number.)
26249 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26251 @example
26252 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26253 @end example
26255 @noindent
26256 will match the formula
26258 @example
26259 5 (x^2 - 4) + 3 x
26260 @end example
26262 @noindent
26263 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26264 formulas like
26266 @example
26267 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26268 @end example
26270 @noindent
26271 producing, respectively,
26273 @example
26274 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26275 @end example
26277 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26278 have been turned off with @kbd{m O}.)
26280 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26281 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26282 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26283 with @samp{a = -1}.
26285 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26287 @example
26288 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26289 @end example
26291 @noindent
26292 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26294 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26295 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26296 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26297 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26298 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26299 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26300 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26301 for a multiplication, not a division.
26303 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26304 by 1,
26306 @example
26307 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26308 @end example
26310 @noindent
26311 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26312 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26314 @example
26315 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26316 @end example
26318 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26319 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26321 Calc automatically converts a rule like
26323 @example
26324 f(x-1, x)  :=  g(x)
26325 @end example
26327 @noindent
26328 into the form
26330 @example
26331 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26332 @end example
26334 @noindent
26335 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26336 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26337 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26338 respectively, then verifying that they differ by one even though
26339 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26341 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26342 following rule,
26344 @example
26345 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26346 @end example
26348 @noindent
26349 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26350 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26351 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26352 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26353 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26354 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26355 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26357 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26358 You could make this resemble the original form more closely by using
26359 @code{let} notation, which is described in the next section:
26361 @example
26362 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26363 @end example
26365 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26366 which involves only the functions in the following list, operating
26367 only on constants and meta-variables which have already been matched
26368 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26369 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26370 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26371 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26372 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26374 @smallexample
26375 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26376 max min  re im conj arg
26377 @end smallexample
26379 You can suppress all of the special treatments described in this
26380 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26381 This marker causes the function call which is its argument to be
26382 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26383 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26384 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26385 For example,
26387 @example
26388 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26389 @end example
26391 @noindent
26392 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26393 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26394 commutativity and associativity is still considered while matching
26395 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26396 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26397 further and use
26399 @example
26400 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26401 @end example
26403 @noindent
26404 which would do a completely strict match for the pattern.
26406 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26407 function name but also the arguments must be literally the same.
26408 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26410 @example
26411 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26412 @end example
26414 @noindent
26415 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26417 @example
26418 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26419 @end example
26421 @noindent
26422 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26423 effect!
26425 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26426 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26427 in the rule
26429 @example
26430 a + f(b)  :=  f(a + b)
26431 @end example
26433 @noindent
26434 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26435 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26436 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26437 the default simplifications would do this anyway, so this
26438 special simplification is only noticeable if you have turned the
26439 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26440 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26441 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26442 marker on the righthand side:
26444 @example
26445 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26446 @end example
26448 @noindent
26449 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26450 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26451 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26453 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26454 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26456 @noindent
26457 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26458 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26459 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26460 work in the righthand side of a rule.
26462 @ignore
26463 @starindex
26464 @end ignore
26465 @tindex import
26466 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26467 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26468 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26469 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26470 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26471 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26472 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26473 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26474 the rule set @expr{x} with all occurrences of
26475 @texline @math{v_1},
26476 @infoline @expr{v1},
26477 as either a variable name or a function name, replaced with
26478 @texline @math{x_1}
26479 @infoline @expr{x1}
26480 and so on.  (If
26481 @texline @math{v_1}
26482 @infoline @expr{v1}
26483 is used as a function name, then
26484 @texline @math{x_1}
26485 @infoline @expr{x1}
26486 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26487 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26488 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26489 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26490 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26492 The special functions allowed in patterns are:
26494 @table @samp
26495 @item quote(x)
26496 @ignore
26497 @starindex
26498 @end ignore
26499 @tindex quote
26500 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26501 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26502 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26503 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26504 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26505 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26506 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26507 as a result in this case.)
26509 @item plain(x)
26510 @ignore
26511 @starindex
26512 @end ignore
26513 @tindex plain
26514 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26515 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26516 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26517 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26518 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26519 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26520 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26521 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26523 @item opt(x,def)
26524 @ignore
26525 @starindex
26526 @end ignore
26527 @tindex opt
26528 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26529 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26530 the argument or element is optional.
26531 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26532 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26533 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26534 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26535 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26536 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26538 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26539 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26540 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26541 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26542 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26543 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26544 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26545 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26546 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26548 @item condition(x,c)
26549 @ignore
26550 @starindex
26551 @end ignore
26552 @tindex condition
26553 @tindex ::
26554 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26555 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26557 @item pand(x,y)
26558 @ignore
26559 @starindex
26560 @end ignore
26561 @tindex pand
26562 @tindex &&&
26563 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26564 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26565 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26567 @item por(x,y)
26568 @ignore
26569 @starindex
26570 @end ignore
26571 @tindex por
26572 @tindex |||
26573 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26574 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26576 @item pnot(x)
26577 @ignore
26578 @starindex
26579 @end ignore
26580 @tindex pnot
26581 @tindex !!!
26582 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26583 It is the same as @samp{!!! x}.
26585 @item cons(h,t)
26586 @ignore
26587 @mindex cons
26588 @end ignore
26589 @tindex cons (rewrites)
26590 This matches any vector of one or more elements.  The first
26591 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26592 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26593 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26594 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26595 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26597 @item rcons(t,h)
26598 @ignore
26599 @mindex rcons
26600 @end ignore
26601 @tindex rcons (rewrites)
26602 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26603 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26604 to @expr{t}.
26606 @item apply(f,args)
26607 @ignore
26608 @mindex apply
26609 @end ignore
26610 @tindex apply (rewrites)
26611 This matches any function call.  The name of the function, in
26612 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26613 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26614 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26615 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26616 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26617 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26618 matches any function call with exactly two arguments, and
26619 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26620 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26621 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26622 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26623 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26624 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26626 @example
26627 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26628    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26629 @end example
26631 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26632 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26633 the rules of a rule set according to top-level function name;
26634 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26635 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26636 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26637 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26639 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26640 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26641 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26643 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26644 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26645 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26646 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26647 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26648 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26649 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26650 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26651 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26652 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26654 @item select(x)
26655 @ignore
26656 @starindex
26657 @end ignore
26658 @tindex select
26659 This is used for applying rules to formulas with selections;
26660 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26661 @end table
26663 Special functions for the righthand sides of rules are:
26665 @table @samp
26666 @item quote(x)
26667 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26668 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26669 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26670 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26671 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26672 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26673 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26674 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26675 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26676 protecting rules from evaluation.)
26678 @item plain(x)
26679 Special properties of and simplifications for the function call
26680 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26681 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26682 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26683 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26684 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26685 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26687 @item cons(h,t)
26688 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26689 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26690 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26691 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26692 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26693 have been turned off.
26695 @item rcons(t,h)
26696 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26697 the vector @expr{t}.
26699 @item apply(f,args)
26700 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26701 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26702 is also a regular Calc function.
26704 @item eval(x)
26705 @ignore
26706 @starindex
26707 @end ignore
26708 @tindex eval
26709 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26710 default simplifications are applied to it even if they have
26711 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26712 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26713 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26714 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26715 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26717 @item evalsimp(x)
26718 @ignore
26719 @starindex
26720 @end ignore
26721 @tindex evalsimp
26722 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26723 way, then algebraically simplified.
26725 @item evalextsimp(x)
26726 @ignore
26727 @starindex
26728 @end ignore
26729 @tindex evalextsimp
26730 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26731 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26733 @item select(x)
26734 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26735 @end table
26737 There are also some special functions you can use in conditions.
26739 @table @samp
26740 @item let(v := x)
26741 @ignore
26742 @starindex
26743 @end ignore
26744 @tindex let
26745 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26746 The algebraic simplifications are @emph{not} applied by
26747 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26748 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26749 of simplification.  The result of @expr{x} is then bound to the
26750 meta-variable @expr{v}.  As usual, if this meta-variable has already
26751 been matched to something else the two values must be equal; if the
26752 meta-variable is new then it is bound to the result of the expression.
26753 This variable can then appear in later conditions, and on the righthand
26754 side of the rule.
26755 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26756 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26757 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26758 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26759 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26760 an @samp{||} term or otherwise buried.
26762 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26763 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26764 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26765 in the main part of a rewrite rule.
26767 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26768 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26769 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26770 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26771 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26772 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26773 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26774 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26775 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26776 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26777 be bound to @code{ia}.
26779 Here's another example, for integrating cosines of linear
26780 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26781 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26782 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26783 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26784 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26785 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26786 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26787 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26788 rearrangement of the argument of the sine.)
26790 @ignore
26791 @starindex
26792 @end ignore
26793 @tindex ierf
26794 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26795 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26796 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26797 where the first number is the desired solution.  If no solution
26798 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26799 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26801 @example
26802 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26803 @end example
26805 @item matches(v,p)
26806 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26807 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26808 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26809 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26810 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26811 extra feature that meta-variables which are bound to things
26812 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26813 rule.
26815 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26816 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26817 the default simplifications, while the latter does not.
26819 @item remember
26820 @vindex remember
26821 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26822 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26823 the original expression and rewritten expression are added to the
26824 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26825 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26826 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26827 contains any variables.
26829 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26830 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26831 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26832 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26833 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26834 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26836 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26837 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26838 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26839 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26840 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26841 be added to the rule set and will continue to operate even if
26842 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26844 @item remember(c)
26845 @ignore
26846 @starindex
26847 @end ignore
26848 @tindex remember
26849 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26850 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26851 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26852 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26853 @end table
26855 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26856 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26858 @noindent
26859 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26860 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26861 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26862 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26863 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26865 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26866 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26867 the context of rewrite rule patterns.
26869 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26870 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26871 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26872 here is a rule that operates on error forms:
26874 @example
26875 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26876 @end example
26878 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26880 @example
26881 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26882 @end example
26884 @ignore
26885 @starindex
26886 @end ignore
26887 @tindex ends
26888 Here's another interesting example:
26890 @example
26891 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26892 @end example
26894 @noindent
26895 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26896 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26897 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26899 @example
26900 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26901 @end example
26903 @noindent
26904 would do the same thing except that it would fail to match a
26905 one-element vector.
26907 @tex
26908 \bigskip
26909 @end tex
26911 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26912 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26913 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26915 @ignore
26916 @starindex
26917 @end ignore
26918 @tindex curve
26919 A simple example of @samp{|||} is
26921 @example
26922 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26923 @end example
26925 @noindent
26926 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26928 Here is a larger example:
26930 @example
26931 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26932 @end example
26934 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26935 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26936 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26938 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26939 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26941 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26942 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26943 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26944 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26945 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26946 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26947 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26948 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26950 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26951 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26952 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26953 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26955 @example
26956 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26957 @end example
26959 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26960 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26962 @tex
26963 \bigskip
26964 @end tex
26966 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26967 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26968 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26970 For example,
26972 @example
26973 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26974 @end example
26976 @noindent
26977 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26978 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26979 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26981 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26982 then an equivalent rule would be:
26984 @example
26985 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26986 @end example
26988 @noindent
26989 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26990 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26991 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26992 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26993 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26994 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26995 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26997 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26998 elsewhere in the pattern.  For example,
27000 @example
27001 f(a, !!!a)  :=  g(a)
27002 @end example
27004 @noindent
27005 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
27006 this to @code{g} with only the first argument.
27008 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
27009 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
27010 matched last.  Thus
27012 @example
27013 f(!!!a, a)  :=  g(a)
27014 @end example
27016 @noindent
27017 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
27018 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
27019 first argument of @code{f} first, the results would have been
27020 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
27021 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
27022 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
27024 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
27025 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
27027 @noindent
27028 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
27029 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
27030 to any part of the expression, starting with the whole expression
27031 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
27032 For each part of the expression, the rules are tried in the order
27033 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
27034 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
27035 to the @var{new} part of the rule.
27037 Often, the rule set will match and change the formula several times.
27038 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
27039 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
27040 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
27041 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
27042 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
27043 to match).  This continues until no further matches can be made
27044 anywhere in the formula.
27046 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
27047 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
27048 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
27049 side actually comes out to something different than the original
27050 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
27051 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
27052 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
27053 run forever switching a formula back and forth between the two
27054 forms.
27056 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
27057 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
27058 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
27059 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
27060 halt any Emacs command prematurely.)
27062 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
27063 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
27064 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
27065 rewriting is not what is called for by your application).
27067 @ignore
27068 @starindex
27069 @end ignore
27070 @ignore
27071 @mindex iter@idots
27072 @end ignore
27073 @tindex iterations
27074 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
27075 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
27076 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
27077 number of iterations for this rule set.  You can use
27078 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
27079 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
27080 rule set.
27082 @example
27083 [ iterations(1),
27084   f(x) := f(x+1) ]
27085 @end example
27087 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
27088 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
27089 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
27090 default simplifications, is different from the original sub-formula
27091 that was matched.
27093 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
27095 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
27096 substitute the top-level expression up to that many times, but
27097 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
27099 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
27100 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
27101 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
27102 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
27103 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
27104 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
27105 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
27106 are omitted, 100 is used.
27108 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27109 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
27111 @noindent
27112 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
27113 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
27114 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
27115 phases occur during the rewriting process.
27117 @ignore
27118 @starindex
27119 @end ignore
27120 @tindex phase
27121 @vindex all
27122 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
27123 vector in place of a rule, all rules following that point will be
27124 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
27125 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
27126 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
27127 this is the default at the start of the rule set.
27129 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
27130 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
27131 ascending order.  For example, the rule set
27133 @example
27134 @group
27135 [ f0(x) := g0(x),
27136   phase(1),
27137   f1(x) := g1(x),
27138   phase(2),
27139   f2(x) := g2(x),
27140   phase(3),
27141   f3(x) := g3(x),
27142   phase(1,2),
27143   f4(x) := g4(x) ]
27144 @end group
27145 @end example
27147 @noindent
27148 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
27149 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
27150 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
27151 and @code{f3}.
27153 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
27154 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
27155 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
27156 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
27157 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
27158 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
27159 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
27160 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
27161 100 by default, is reached.)
27163 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
27164 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
27165 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
27166 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
27167 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
27168 in the formula.
27170 @ignore
27171 @starindex
27172 @end ignore
27173 @tindex schedule
27174 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27175 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27176 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27177 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27178 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27179 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27180 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27181 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27182 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27183 moving on to phase 3.
27185 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27186 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27187 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27188 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27189 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27190 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27191 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27192 touches.
27194 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27195 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27196 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27197 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27198 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27199 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27200 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27202 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27203 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27204 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27205 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27206 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27207 spend any time on them while it works on phase 2.
27209 There are also some problems that can only be solved with several
27210 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27211 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27212 command to convert a model expression to linear form.
27213 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27214 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27215 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27216 linear components have been picked out, the final phase includes the
27217 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27218 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27219 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27221 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27222 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27223 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27224 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27225 rules were finished, some components might be put away into vectors
27226 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27227 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27229 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27230 @subsection Selections with Rewrite Rules
27232 @noindent
27233 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27234 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27235 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27236 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27237 specific part of a formula without affecting any other parts.
27239 @kindex j r
27240 @pindex calc-rewrite-selection
27241 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27242 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27243 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27244 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27245 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27246 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27247 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27248 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27250 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27251 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27252 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27253 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27254 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27255 the selected sub-formula should appear.
27257 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27258 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27259 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27260 formula will be unselected.
27262 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27263 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27264 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27265 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27266 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27267 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27268 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27269 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27271 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27272 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27273 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27274 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27276 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27277 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27278 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27279 at stack level 1.)
27281 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27282 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27283 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27284 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27285 target and the rewrite rules).
27287 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27288 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27289 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27290 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27291 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27292 to apply anywhere in the formula.
27294 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27295 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27296 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27297 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27298 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27299 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27300 both with and without selections.
27302 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27303 @subsection Matching Commands
27305 @noindent
27306 @kindex a m
27307 @pindex calc-match
27308 @tindex match
27309 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27310 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27311 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27312 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27313 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27314 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27315 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27316 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27317 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27318 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27319 of the patterns.
27321 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27322 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27324 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27326 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27327 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27328 all the positive vector elements.
27330 @kindex I a m
27331 @tindex matchnot
27332 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27333 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27335 @ignore
27336 @starindex
27337 @end ignore
27338 @tindex matches
27339 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27340 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27341 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27342 conditional clauses of other rewrite rules.
27344 @ignore
27345 @starindex
27346 @end ignore
27347 @tindex vmatches
27348 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27349 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27350 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27351 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27352 If the match fails, the function returns the number 0.
27354 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27355 @subsection Automatic Rewrites
27357 @noindent
27358 @cindex @code{EvalRules} variable
27359 @vindex EvalRules
27360 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27361 results, effectively adding to the built-in set of default
27362 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27363 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27364 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27366 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27367 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27368 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27369 set would be,
27371 @smallexample
27372 @group
27373 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27374   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27375 @end group
27376 @end smallexample
27378 To apply these manually, you could put them in a variable called
27379 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27380 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27381 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27382 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27383 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27384 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27386 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27387 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27388 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27389 Note that this is different from the usual order of application of
27390 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27391 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27392 applies rules from the top down.
27394 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27395 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27397 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27398 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27399 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27400 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27401 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27402 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27403 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27404 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27405 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27406 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27407 or ran too long'' message.
27409 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27410 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27411 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27412 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27413 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27414 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27415 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27416 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27417 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27418 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27419 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27420 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27421 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27423 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27424 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27425 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27426 the default simplifications to simplify the result and compares again
27427 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27428 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27429 same rules will come back into play when the default simplifications
27430 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27431 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27432 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27433 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27434 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27435 the rewrite mechanism itself.)
27437 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27438 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27439 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27440 The rules are always repeated as many times as possible.
27442 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27443 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27444 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27445 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27446 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27447 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27448 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27449 will not work as part of @code{EvalRules}.
27451 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27452 functions directly rather than going through the default simplifications.
27453 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27454 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27455 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27456 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27457 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27458 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27459 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27460 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27461 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27462 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27463 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27464 evaluated exactly to 5.)
27466 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27467 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27468 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27469 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27470 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27471 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27472 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27473 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27474 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27475 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27476 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27477 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27478 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27480 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27481 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27483 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27484 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27485 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27486 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27487 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27488 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27489 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27491 @smallexample
27492 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27493 @end smallexample
27495 @noindent
27496 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27497 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27498 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27499 @emph{every} function call that is simplified.
27501 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27502 @vindex AlgSimpRules
27503 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27504 but only when algebraic simplifications are used to simplify the
27505 formula.  The variable @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.
27506 The @kbd{a s} command will apply @code{EvalRules} and
27507 @code{AlgSimpRules} to the formula, as well as all of its built-in
27508 simplifications.
27510 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27511 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27512 command with an infinite repeat count as the first step of algebraic
27513 simplifications. It then applies its own built-in simplifications
27514 throughout the formula, and then repeats these two steps (along with
27515 applying the default simplifications) until no further changes are
27516 possible.
27518 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27519 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27520 @vindex ExtSimpRules
27521 @vindex UnitSimpRules
27522 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27523 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27524 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27525 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27526 only during integration by @kbd{a i}.
27528 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27529 @subsection Debugging Rewrites
27531 @noindent
27532 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27533 record some useful information there as it operates.  The original
27534 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27535 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27536 noted.
27538 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27539 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27541 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27542 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27543 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27544 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27545 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27546 be needlessly slow.
27548 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27549 @subsection Examples of Rewrite Rules
27551 @noindent
27552 Returning to the example of substituting the pattern
27553 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27554 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27555 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27556 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27557 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27558 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27560 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27561 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27562 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27563 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27564 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27565 ignored by the regular @kbd{a r} command
27566 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27568 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27569 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27570 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27571 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27572 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27573 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27574 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27575 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27577 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27578 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27579 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27580 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27581 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27582 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27583 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27584 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27585 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27586 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27588 @cindex Quaternions
27589 The following rule set, contributed by
27590 @texline Fran\c cois
27591 @infoline Francois
27592 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27593 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27594 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27595 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27596 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27597 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27598 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27599 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27600 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27601 @key{RET}}.
27603 @smallexample
27604 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27605   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27606   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27607   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27608   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27609   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27610   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27611   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27612   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27613      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27614   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27615   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27616   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27617   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27618   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27619                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27620   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27621                :: integer(k) :: k > 2,
27622   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27623 @end smallexample
27625 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27626 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27627 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27628 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27629 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27630 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27631 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27633 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27634 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27635 results in the four-argument form, just append the two items
27636 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27637 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27638 in @code{EvalRules}.)
27640 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27641 @chapter Operating on Units
27643 @noindent
27644 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27645 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27646 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27647 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27648 begin with the @kbd{u} prefix key.
27650 @menu
27651 * Basic Operations on Units::
27652 * The Units Table::
27653 * Predefined Units::
27654 * User-Defined Units::
27655 * Logarithmic Units::
27656 * Musical Notes::
27657 @end menu
27659 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27660 @section Basic Operations on Units
27662 @noindent
27663 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27664 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27665 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27666 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27667 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27668 where the command applies to all units expressions which appear in the
27669 formula.
27671 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27672 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27673 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27674 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27675 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27676 @pxref{User-Defined Units}.
27678 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27679 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27680 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27681 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27682 representation of one millimeter.
27684 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27685 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27686 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27688 @kindex u s
27689 @pindex calc-simplify-units
27690 @ignore
27691 @mindex usimpl@idots
27692 @end ignore
27693 @tindex usimplify
27694 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27695 simplifies a units
27696 expression.  It uses Calc's algebraic simplifications to simplify the
27697 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27698 features that can be further simplified by converting one object's units
27699 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27700 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27701 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27702 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27703 automatically at all times.
27705 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27706 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27707 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27708 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27709 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27710 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27711 applied to units expressions, in which case
27712 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27713 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27714 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27716 @kindex u c
27717 @pindex calc-convert-units
27718 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27719 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27720 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27721 @samp{24.5872 m/s}.  If you have previously converted a units expression
27722 with the same type of units (in this case, distance over time), you will
27723 be offered the previous choice of new units as a default.  Continuing
27724 the above example, entering the units expression @samp{100 km/hr} and
27725 typing @kbd{u c @key{RET}} (without specifying new units) produces
27726 @samp{27.7777777778 m/s}.
27728 @kindex u t
27729 @pindex calc-convert-temperature
27730 @cindex Temperature conversion
27731 The @kbd{u c} command treats temperature units (like @samp{degC} and
27732 @samp{K}) as relative temperatures.  For example, @kbd{u c} converts
27733 @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10 degrees Celsius
27734 corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.  To convert absolute
27735 temperatures, you can use the @kbd{u t}
27736 (@code{calc-convert-temperature}) command.   The value on the stack
27737 must be a simple units expression with units of temperature only.
27738 This command would convert @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the
27739 equivalent temperature on the Fahrenheit scale.
27741 While many of Calc's conversion factors are exact, some are necessarily
27742 approximate.  If Calc is in fraction mode (@pxref{Fraction Mode}), then
27743 unit conversions will try to give exact, rational conversions, but it
27744 isn't always possible.  Given @samp{55 mph} in fraction mode, typing
27745 @kbd{u c m/s @key{RET}} produces  @samp{15367:625 m/s}, for example,
27746 while typing @kbd{u c au/yr @key{RET}} produces
27747 @samp{5.18665819999e-3 au/yr}.
27749 If the units you request are inconsistent with the original units, the
27750 number will be converted into your units times whatever ``remainder''
27751 units are left over.  For example, converting @samp{55 mph} into acres
27752 produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.  (Recall that multiplication binds
27753 more strongly than division in Calc formulas, so the units here are
27754 acres per meter-second.)  Remainder units are expressed in terms of
27755 ``fundamental'' units like @samp{m} and @samp{s}, regardless of the
27756 input units.
27758 If you want to disallow using inconsistent units, you can set the customizable variable
27759 @code{calc-ensure-consistent-units} to @code{t} (@pxref{Customizing Calc}).  In this case,
27760 if you request units which are inconsistent with the original units, you will be warned about
27761 it and no conversion will occur.
27763 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27764 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27765 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27766 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27767 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27768 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27769 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27770 changed to the base unit @samp{m}.
27772 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27773 to gain more control over the units of the result of an expression.
27774 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27775 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27776 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27777 in fathoms, if you preferred!)
27779 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27780 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27781 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27782 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27783 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27784 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27785 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27787 @cindex Composite units
27788 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27789 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27790 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27791 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27792 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27793 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27794 using an integer number times the largest unit, then moves on
27795 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27796 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27797 standard unit names exist for common combinations, such as
27798 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27799 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27800 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27802 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27803 prompt first for the old units which this value should be considered
27804 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27805 give are consistent with each other, the result also will not contain
27806 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}}
27807 converts the number 2 on the stack to 5.08.
27809 @kindex u b
27810 @pindex calc-base-units
27811 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27812 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27813 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27814 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27816 Like the @kbd{u c} command, the @kbd{u b} command treats temperature
27817 units as relative temperatures.
27819 @kindex u r
27820 @pindex calc-remove-units
27821 @kindex u x
27822 @pindex calc-extract-units
27823 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27824 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27825 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27826 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27827 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27828 constant 1, then resimplify the formula.
27830 @kindex u a
27831 @pindex calc-autorange-units
27832 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27833 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27834 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27835 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27836 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27837 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27838 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27839 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27840 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27842 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27843 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27844 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27845 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27846 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27847 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27848 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27849 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27850 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27851 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27852 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27853 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27854 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27855 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27856 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27857 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27859 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27860 @section The Units Table
27862 @noindent
27863 @kindex u v
27864 @pindex calc-enter-units-table
27865 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27866 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27867 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27868 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27869 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27870 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27871 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27872 and steradians.
27874 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27875 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27876 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27877 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27878 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27879 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27881 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27882 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27883 argument to @kbd{u v}.
27885 @kindex u V
27886 @pindex calc-view-units-table
27887 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27888 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27889 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27890 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27891 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27892 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27893 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27895 @kindex u g
27896 @pindex calc-get-unit-definition
27897 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27898 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27899 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27900 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27901 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27902 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27903 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27904 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27905 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27907 @kindex u e
27908 @pindex calc-explain-units
27909 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27910 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27911 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27912 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27913 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27914 column of the Units Table.
27916 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27917 @section Predefined Units
27919 @noindent
27920 The definitions of many units have changed over the years.  For example,
27921 the meter was originally defined in 1791 as one ten-millionth of the
27922 distance from the equator to the north pole.  In order to be more
27923 precise, the definition was adjusted several times, and now a meter is
27924 defined as the distance that light will travel in a vacuum in
27925 1/299792458 of a second; consequently, the speed of light in a
27926 vacuum is exactly 299792458 m/s.  Many other units have been
27927 redefined in terms of fundamental physical processes; a second, for
27928 example, is currently defined as 9192631770 periods of a certain
27929 radiation related to the cesium-133 atom.  The only SI unit that is not
27930 based on a fundamental physical process (although there are efforts to
27931 change this) is the kilogram, which was originally defined as the mass
27932 of one liter of water, but is now defined as the mass of the
27933 International Prototype Kilogram (IPK), a cylinder of platinum-iridium
27934 kept at the Bureau International des Poids et Mesures in S@`evres,
27935 France.  (There are several copies of the IPK throughout the world.)
27936 The British imperial units, once defined in terms of physical objects,
27937 were redefined in 1963 in terms of SI units.  The US customary units,
27938 which were the same as British units until the British imperial system
27939 was created in 1824, were also defined in terms of the SI units in 1893.
27940 Because of these redefinitions, conversions between metric, British
27941 Imperial, and US customary units can often be done precisely.
27943 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27944 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27945 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27946 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27947 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27948 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27949 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27950 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27952 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27953 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27954 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27955 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27956 of the various temperature scales.
27958 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27959 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27961 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27962 @tex
27963 for \AA ngstroms.
27964 @end tex
27965 @ifnottex
27966 for Angstroms.
27967 @end ifnottex
27969 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27970 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27971 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27972 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27973 largely due to its use by the PostScript page description language.
27974 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27975 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27976 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27977 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27978 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27979 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point,
27980 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27982 When Calc is using the @TeX{} or @LaTeX{} language mode (@pxref{TeX
27983 and LaTeX Language Modes}), the @TeX{} specific unit names will not
27984 use the @samp{tex} prefix; the unit name for a @TeX{} point will be
27985 @samp{pt} instead of @samp{texpt}, for example.  To avoid conflicts,
27986 the unit names for pint and parsec will simply be @samp{pint} and
27987 @samp{parsec} instead of @samp{pt} and @samp{pc}.
27990 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27991 because algebra command could mistake this for the special constant
27992 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27993 preferable to @code{e}.
27995 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27996 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27997 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27999 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
28000 a metric ton of @samp{1000 kg}.
28002 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
28003 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
28005 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
28006 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
28007 constant.  You can use these just like other units: converting
28008 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
28009 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
28010 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
28011 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
28012 units.
28014 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
28015 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
28016 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
28017 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
28018 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
28019 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
28020 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
28021 really is unitless.)
28023 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
28025 @node User-Defined Units, Logarithmic Units, Predefined Units, Units
28026 @section User-Defined Units
28028 @noindent
28029 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
28030 units, as well as ways to define your own new units.
28032 @kindex u 0-9
28033 @pindex calc-quick-units
28034 @vindex Units
28035 @cindex @code{Units} variable
28036 @cindex Quick units
28037 To select your favorite units, store a vector of unit names or
28038 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
28039 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
28040 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
28041 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
28042 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
28043 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
28044 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
28045 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
28046 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
28047 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
28048 to @samp{2.5 ft}.
28050 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
28051 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
28052 variable has no stored value (the default), or if its value is not
28053 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
28054 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
28055 variable; @pxref{Operations on Variables}.
28057 @kindex u d
28058 @pindex calc-define-unit
28059 @cindex User-defined units
28060 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
28061 expression on the top of the stack as the definition for a new,
28062 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
28063 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
28064 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
28065 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
28066 prompted for an optional English description of the unit, which will
28067 appear in the Units Table.  If you wish the definition of this unit to
28068 be displayed in a special way in the Units Table buffer (such as with an
28069 asterisk to indicate an approximate value), then you can call this
28070 command with an argument, @kbd{C-u u d}; you will then also be prompted
28071 for a string that will be used to display the definition.
28073 @kindex u u
28074 @pindex calc-undefine-unit
28075 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
28076 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
28077 however.
28079 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
28080 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
28081 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
28082 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
28083 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
28085 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
28086 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
28087 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
28088 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
28089 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
28090 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
28091 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
28092 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
28093 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
28095 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
28096 possible to create user-defined temperature units.
28098 @kindex u p
28099 @pindex calc-permanent-units
28100 @cindex Calc init file, user-defined units
28101 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
28102 units in your Calc init file (the file given by the variable
28103 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.emacs.d/calc.el}), so that the
28104 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
28105 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
28106 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
28107 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
28109 @node Logarithmic Units, Musical Notes, User-Defined Units, Units
28110 @section Logarithmic Units
28112 The units @code{dB} (decibels) and @code{Np} (nepers) are logarithmic
28113 units which are manipulated differently than standard units.  Calc
28114 provides commands to work with these logarithmic units.
28116 Decibels and nepers are used to measure power quantities as well as
28117 field quantities (quantities whose squares are proportional to power);
28118 these two types of quantities are handled slightly different from each
28119 other.  By default the Calc commands work as if power quantities are
28120 being used; with the @kbd{H} prefix the Calc commands work as if field
28121 quantities are being used.
28123 The decibel level of a power
28124 @infoline @math{P1},
28125 @texline @math{P_1},
28126 relative to a reference power
28127 @infoline @math{P0},
28128 @texline @math{P_0},
28129 is defined to be
28130 @infoline @math{10 log10(P1/P0) dB}.
28131 @texline @math{10 \log_{10}(P_{1}/P_{0}) {\rm dB}}.
28132 (The factor of 10 is because a decibel, as its name implies, is
28133 one-tenth of a bel. The bel, named after Alexander Graham Bell, was
28134 considered to be too large of a unit and was effectively replaced by
28135 the decibel.)  If @math{F} is a field quantity with power
28136 @math{P=k F^2}, then a reference quantity of
28137 @infoline @math{F0}
28138 @texline @math{F_0}
28139 would correspond to a power of
28140 @infoline @math{P0=k F0^2}.
28141 @texline @math{P_{0}=kF_{0}^2}.
28143 @infoline @math{P1=k F1^2},
28144 @texline @math{P_{1}=kF_{1}^2},
28145 then
28147 @ifnottex
28148 @example
28149 10 log10(P1/P0) = 10 log10(F1^2/F0^2) = 20 log10(F1/F0).
28150 @end example
28151 @end ifnottex
28152 @tex
28153 $$ 10 \log_{10}(P_1/P_0) = 10 \log_{10}(F_1^2/F_0^2) = 20
28154 \log_{10}(F_1/F_0)$$
28155 @end tex
28157 @noindent
28158 In order to get the same decibel level regardless of whether a field
28159 quantity or the corresponding power quantity is used,  the decibel
28160 level of a field quantity
28161 @infoline @math{F1},
28162 @texline @math{F_1},
28163 relative to a reference
28164 @infoline @math{F0},
28165 @texline @math{F_0},
28166 is defined as
28167 @infoline @math{20 log10(F1/F0) dB}.
28168 @texline @math{20 \log_{10}(F_{1}/F_{0}) {\rm dB}}.
28169 For example, the decibel value of a sound pressure level of
28170 @infoline @math{60 uPa}
28171 @texline @math{60 \mu{\rm Pa}}
28172 relative to
28173 @infoline @math{20 uPa}
28174 @texline @math{20 \mu{\rm Pa}}
28175 (the threshold of human hearing) is
28176 @infoline @math{20 log10(60 uPa/ 20 uPa) dB = 20 log10(3) dB},
28177 @texline  @math{20 \log_{10}(60 \mu{\rm Pa}/20 \mu{\rm Pa}) {\rm dB} = 20 \log_{10}(3) {\rm dB}},
28178 which is about
28179 @infoline @math{9.54 dB}.
28180 @texline @math{9.54 {\rm dB}}.
28181 Note that in taking the ratio, the original units cancel and so these
28182 logarithmic units are dimensionless.
28184 Nepers (named after John Napier, who is credited with inventing the
28185 logarithm) are similar to bels except they use natural logarithms instead
28186 of common logarithms.  The neper level of a power
28187 @infoline @math{P1},
28188 @texline @math{P_1},
28189 relative to a reference power
28190 @infoline @math{P0},
28191 @texline @math{P_0},
28193 @infoline @math{(1/2) ln(P1/P0) Np}.
28194 @texline @math{(1/2) \ln(P_1/P_0) {\rm Np}}.
28195 The neper level of a field
28196 @infoline @math{F1},
28197 @texline @math{F_1},
28198 relative to a reference field
28199 @infoline @math{F0},
28200 @texline @math{F_0},
28202 @infoline @math{ln(F1/F0) Np}.
28203 @texline @math{\ln(F_1/F_0) {\rm Np}}.
28205 @vindex calc-lu-power-reference
28206 @vindex calc-lu-field-reference
28207 For power quantities, Calc uses
28208 @infoline @math{1 mW}
28209 @texline @math{1 {\rm mW}}
28210 as the default reference quantity; this default can be changed by changing
28211 the value of the customizable variable
28212 @code{calc-lu-power-reference} (@pxref{Customizing Calc}).
28213 For field quantities, Calc uses
28214 @infoline @math{20 uPa}
28215 @texline @math{20 \mu{\rm Pa}}
28216 as the default reference quantity; this is the value used in acoustics
28217 which is where decibels are commonly encountered.  This default can be
28218 changed by changing the value of the customizable variable
28219 @code{calc-lu-field-reference} (@pxref{Customizing Calc}).  A
28220 non-default reference quantity will be read from the stack if the
28221 capital @kbd{O} prefix is used.
28223 @kindex l q
28224 @pindex calc-lu-quant
28225 @tindex lupquant
28226 @tindex lufquant
28227 The @kbd{l q} (@code{calc-lu-quant}) [@code{lupquant}]
28228 command computes the power quantity corresponding to a given number of
28229 logarithmic units. With the capital @kbd{O} prefix, @kbd{O l q}, the
28230 reference level will be read from the top of the stack. (In an
28231 algebraic formula, @code{lupquant} can be given an optional second
28232 argument which will be used for the reference level.) For example,
28233 @code{20 dB @key{RET} l q} will return @code{100 mW};
28234 @code{20 dB @key{RET} 4 W @key{RET} O l q} will return @code{400 W}.
28235 The @kbd{H l q} [@code{lufquant}] command behaves like @kbd{l q} but
28236 computes field quantities instead of power quantities.
28238 @kindex l d
28239 @pindex calc-db
28240 @tindex dbpower
28241 @tindex dbfield
28242 @kindex l n
28243 @pindex calc-np
28244 @tindex nppower
28245 @tindex npfield
28246 The @kbd{l d} (@code{calc-db}) [@code{dbpower}] command will compute
28247 the decibel level of a power quantity using the default reference
28248 level; @kbd{H l d} [@code{dbfield}] will compute the decibel level of
28249 a field quantity.  The commands @kbd{l n} (@code{calc-np})
28250 [@code{nppower}] and @kbd{H l n} [@code{npfield}] will similarly
28251 compute neper levels.  With the capital @kbd{O} prefix these commands
28252 will read a reference level from the stack; in an algebraic formula
28253 the reference level can be given as an optional second argument.
28255 @kindex l +
28256 @pindex calc-lu-plus
28257 @tindex lupadd
28258 @tindex lufadd
28259 @kindex l -
28260 @pindex calc-lu-minus
28261 @tindex lupsub
28262 @tindex lufsub
28263 @kindex l *
28264 @pindex calc-lu-times
28265 @tindex lupmul
28266 @tindex lufmul
28267 @kindex l /
28268 @pindex calc-lu-divide
28269 @tindex lupdiv
28270 @tindex lufdiv
28271 The sum of two power or field quantities doesn't correspond to the sum
28272 of the corresponding decibel or neper levels.  If the powers
28273 corresponding to decibel levels
28274 @infoline @math{D1}
28275 @texline @math{D_1}
28277 @infoline @math{D2}
28278 @texline @math{D_2}
28279 are added, the corresponding decibel level ``sum'' will be
28281 @ifnottex
28282 @example
28283   10 log10(10^(D1/10) + 10^(D2/10)) dB.
28284 @end example
28285 @end ifnottex
28286 @tex
28287 $$ 10 \log_{10}(10^{D_1/10} + 10^{D_2/10}) {\rm dB}.$$
28288 @end tex
28290 @noindent
28291 When field quantities are combined, it often means the corresponding
28292 powers are added and so the above formula might be used.  In
28293 acoustics, for example, the sound pressure level is a field quantity
28294 and so the decibels are often defined using the field formula, but the
28295 sound pressure levels are combined as the sound power levels, and so
28296 the above formula should be used.  If two field quantities themselves
28297 are added, the new decibel level will be
28299 @ifnottex
28300 @example
28301   20 log10(10^(D1/20) + 10^(D2/20)) dB.
28302 @end example
28303 @end ifnottex
28304 @tex
28305 $$ 20 \log_{10}(10^{D_1/20} + 10^{D_2/20}) {\rm dB}.$$
28306 @end tex
28308 @noindent
28309 If the power corresponding to @math{D} dB is multiplied by a number @math{N},
28310 then the corresponding decibel level will be
28312 @ifnottex
28313 @example
28314   D + 10 log10(N) dB,
28315 @end example
28316 @end ifnottex
28317 @tex
28318 $$ D + 10 \log_{10}(N) {\rm dB},$$
28319 @end tex
28321 @noindent
28322 if a field quantity is multiplied by @math{N} the corresponding decibel level
28323 will be
28325 @ifnottex
28326 @example
28327   D + 20 log10(N) dB.
28328 @end example
28329 @end ifnottex
28330 @tex
28331 $$ D + 20 \log_{10}(N) {\rm dB}.$$
28332 @end tex
28334 @noindent
28335 There are similar formulas for combining nepers.  The @kbd{l +}
28336 (@code{calc-lu-plus}) [@code{lupadd}] command will ``add'' two
28337 logarithmic unit power levels this way; with the @kbd{H} prefix,
28338 @kbd{H l +} [@code{lufadd}] will add logarithmic unit field levels.
28339 Similarly, logarithmic units can be ``subtracted'' with @kbd{l -}
28340 (@code{calc-lu-minus}) [@code{lupsub}] or @kbd{H l -} [@code{lufsub}].
28341 The @kbd{l *} (@code{calc-lu-times}) [@code{lupmul}] and @kbd{H l *}
28342 [@code{lufmul}] commands will ``multiply'' a logarithmic unit by a
28343 number; the @kbd{l /} (@code{calc-lu-divide}) [@code{lupdiv}] and
28344 @kbd{H l /} [@code{lufdiv}] commands will ``divide'' a logarithmic
28345 unit by a number. Note that the reference quantities don't play a role
28346 in this arithmetic.
28348 @node Musical Notes, , Logarithmic Units, Units
28349 @section Musical Notes
28351 Calc can convert between musical notes and their associated
28352 frequencies.  Notes can be given using either scientific pitch
28353 notation or midi numbers.  Since these note systems are basically
28354 logarithmic scales, Calc uses the @kbd{l} prefix for functions
28355 operating on notes.
28357 Scientific pitch notation refers to a note by giving a letter
28358 A through G, possibly followed by a flat or sharp) with a subscript
28359 indicating an octave number.  Each octave starts with C and ends with
28360 B and
28361 @c increasing each note by a semitone will result
28362 @c in the sequence @expr{C}, @expr{C} sharp, @expr{D}, @expr{E} flat, @expr{E},
28363 @c @expr{F}, @expr{F} sharp, @expr{G}, @expr{A} flat, @expr{A}, @expr{B}
28364 @c flat and @expr{B}.
28365 the octave numbered 0 was chosen to correspond to the lowest
28366 audible frequency.  Using this system, middle C (about 261.625 Hz)
28367 corresponds to the note @expr{C} in octave 4 and is denoted
28368 @expr{C_4}.  Any frequency can be described by giving a note plus an
28369 offset in cents (where a cent is a ratio of frequencies so that a
28370 semitone consists of 100 cents).
28372 The midi note number system assigns numbers to notes so that
28373 @expr{C_(-1)} corresponds to the midi note number 0 and @expr{G_9}
28374 corresponds to the midi note number 127.   A midi controller can have
28375 up to 128 keys and each midi note number from  0 to 127 corresponds to
28376 a possible key.
28378 @kindex l s
28379 @pindex calc-spn
28380 @tindex spn
28381 The @kbd{l s} (@code{calc-spn}) [@code{spn}] command converts either
28382 a frequency or a midi number to scientific pitch notation.  For
28383 example, @code{500 Hz} gets converted to
28384 @code{B_4 + 21.3094853649 cents} and @code{84} to @code{C_6}.
28387 @kindex l m
28388 @pindex calc-midi
28389 @tindex midi
28390 The @kbd{l m} (@code{calc-midi}) [@code{midi}] command converts either
28391 a frequency or a note given in scientific pitch notation to the
28392 corresponding midi number. For example, @code{C_6} gets converted to 84
28393 and @code{440 Hz} to 69.
28395 @kindex l f
28396 @pindex calc-freq
28397 @tindex freq
28398 The @kbd{l f} (@code{calc-freq}) [@code{freq}] command converts either
28399 either a midi number or a note given in scientific pitch notation to
28400 the corresponding frequency. For example, @code{Asharp_2 + 30 cents}
28401 gets converted to @code{118.578040134 Hz} and @code{55} to
28402 @code{195.99771799 Hz}.
28404 Since the frequencies of notes are not usually given exactly (and are
28405 typically irrational), the customizable variable
28406 @code{calc-note-threshold} determines how close (in cents) a frequency
28407 needs to be to a note to be recognized as that note
28408 (@pxref{Customizing Calc}).  This variable has a default value of
28409 @code{1}.  For example, middle @var{C} is approximately
28410 @expr{261.625565302 Hz}; this frequency is often shortened to
28411 @expr{261.625 Hz}.  Without @code{calc-note-threshold} (or a value of
28412 @expr{0}), Calc would convert @code{261.625 Hz} to scientific pitch
28413 notation @code{B_3 + 99.9962592773 cents}; with the default value of
28414 @code{1}, Calc converts @code{261.625 Hz} to @code{C_4}.
28418 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
28419 @chapter Storing and Recalling
28421 @noindent
28422 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
28423 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
28424 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
28425 to variables use the @kbd{s} prefix key.
28427 @menu
28428 * Storing Variables::
28429 * Recalling Variables::
28430 * Operations on Variables::
28431 * Let Command::
28432 * Evaluates-To Operator::
28433 @end menu
28435 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
28436 @section Storing Variables
28438 @noindent
28439 @kindex s s
28440 @pindex calc-store
28441 @cindex Storing variables
28442 @cindex Quick variables
28443 @vindex q0
28444 @vindex q9
28445 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
28446 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
28447 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
28448 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
28449 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.
28451 @kindex s t
28452 @pindex calc-store-into
28453 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
28454 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
28455 value from the stack and stores it in a variable.
28457 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
28458 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
28459 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
28460 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
28461 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
28462 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
28463 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
28464 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
28466 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
28467 assignments with different variables on their lefthand sides; the
28468 default will be to store all the variables with their corresponding
28469 righthand sides simultaneously.
28471 It is also possible to type an equation or assignment directly at
28472 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
28473 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
28474 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
28475 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
28476 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
28478 @kindex s 0-9
28479 @kindex t 0-9
28480 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
28481 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
28482 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
28483 for trail and time/date commands.)
28485 @kindex s +
28486 @kindex s -
28487 @ignore
28488 @mindex @idots
28489 @end ignore
28490 @kindex s *
28491 @ignore
28492 @mindex @null
28493 @end ignore
28494 @kindex s /
28495 @ignore
28496 @mindex @null
28497 @end ignore
28498 @kindex s ^
28499 @ignore
28500 @mindex @null
28501 @end ignore
28502 @kindex s |
28503 @ignore
28504 @mindex @null
28505 @end ignore
28506 @kindex s n
28507 @ignore
28508 @mindex @null
28509 @end ignore
28510 @kindex s &
28511 @ignore
28512 @mindex @null
28513 @end ignore
28514 @kindex s [
28515 @ignore
28516 @mindex @null
28517 @end ignore
28518 @kindex s ]
28519 @pindex calc-store-plus
28520 @pindex calc-store-minus
28521 @pindex calc-store-times
28522 @pindex calc-store-div
28523 @pindex calc-store-power
28524 @pindex calc-store-concat
28525 @pindex calc-store-neg
28526 @pindex calc-store-inv
28527 @pindex calc-store-decr
28528 @pindex calc-store-incr
28529 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28530 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28531 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28532 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28533 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28534 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28536 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28537 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28538 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28539 @w{@kbd{s -}} assigns
28540 @texline @math{v \coloneq v - a},
28541 @infoline @expr{v := v - a},
28542 but @kbd{I s -} assigns
28543 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28544 @infoline @expr{v := a - v}.
28545 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28546 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28547 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28548 forwards and backwards:
28550 @example
28551 @group
28552 s +        v := v + a          v := a + v
28553 s -        v := v - a          v := a - v
28554 s *        v := v * a          v := a * v
28555 s /        v := v / a          v := a / v
28556 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28557 s |        v := v | a          v := a | v
28558 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28559 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28560 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28561 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28562 @end group
28563 @end example
28565 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28566 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28567 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28568 minus-two minus the variable.
28570 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28571 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28572 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28574 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28575 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28576 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28577 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28578 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28579 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28580 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28582 @kindex s m
28583 @pindex calc-store-map
28584 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28585 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28586 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28587 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28588 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28589 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28590 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28591 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28592 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28593 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28594 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28596 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28597 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28598 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28599 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28600 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28601 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28602 equivalent to @kbd{I s -}.
28604 @kindex s x
28605 @pindex calc-store-exchange
28606 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28607 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28608 variable must already have a stored value for this to work.
28610 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28611 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28612 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28614 @kindex s u
28615 @pindex calc-unstore
28616 @cindex Void variables
28617 @cindex Un-storing variables
28618 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28619 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28620 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28621 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28622 void state.
28624 @kindex s c
28625 @pindex calc-copy-variable
28626 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28627 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28628 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28629 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28630 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28631 current precision.
28633 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28634 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28635 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28636 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28637 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28638 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28639 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28640 normally void).
28642 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28643 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28644 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28645 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28646 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28647 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28648 @kbd{s c}.
28650 @kindex s k
28651 @pindex calc-copy-special-constant
28652 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28653 it no longer has its magic property, the property can be restored with
28654 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28655 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28656 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28657 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28658 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28659 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28660 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28661 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28663 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28664 @section Recalling Variables
28666 @noindent
28667 @kindex s r
28668 @pindex calc-recall
28669 @cindex Recalling variables
28670 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28671 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28672 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28673 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28674 an error to try to recall a void variable.
28676 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28677 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28678 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28679 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28680 latter will produce an error message.
28682 @kindex r 0-9
28683 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28684 equivalent to @kbd{s r 9}.
28686 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28687 @section Other Operations on Variables
28689 @noindent
28690 @kindex s e
28691 @pindex calc-edit-variable
28692 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28693 value of a variable without ever putting that value on the stack
28694 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28695 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28696 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28697 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28698 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28699 description of editing.
28701 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28702 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28703 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28704 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28705 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28706 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28707 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28708 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28709 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28710 as a side effect of putting the value on the stack.
28712 @kindex s A
28713 @kindex s D
28714 @ignore
28715 @mindex @idots
28716 @end ignore
28717 @kindex s E
28718 @ignore
28719 @mindex @null
28720 @end ignore
28721 @kindex s F
28722 @ignore
28723 @mindex @null
28724 @end ignore
28725 @kindex s G
28726 @ignore
28727 @mindex @null
28728 @end ignore
28729 @kindex s H
28730 @ignore
28731 @mindex @null
28732 @end ignore
28733 @kindex s I
28734 @ignore
28735 @mindex @null
28736 @end ignore
28737 @kindex s L
28738 @ignore
28739 @mindex @null
28740 @end ignore
28741 @kindex s P
28742 @ignore
28743 @mindex @null
28744 @end ignore
28745 @kindex s R
28746 @ignore
28747 @mindex @null
28748 @end ignore
28749 @kindex s T
28750 @ignore
28751 @mindex @null
28752 @end ignore
28753 @kindex s U
28754 @ignore
28755 @mindex @null
28756 @end ignore
28757 @kindex s X
28758 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28759 @pindex calc-store-Decls
28760 @pindex calc-store-EvalRules
28761 @pindex calc-store-FitRules
28762 @pindex calc-store-GenCount
28763 @pindex calc-store-Holidays
28764 @pindex calc-store-IntegLimit
28765 @pindex calc-store-LineStyles
28766 @pindex calc-store-PointStyles
28767 @pindex calc-store-PlotRejects
28768 @pindex calc-store-TimeZone
28769 @pindex calc-store-Units
28770 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28771 There are several special-purpose variable-editing commands that
28772 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28774 @table @kbd
28775 @item s A
28776 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28777 @item s D
28778 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28779 @item s E
28780 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Basic Simplifications}.
28781 @item s F
28782 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28783 @item s G
28784 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28785 @item s H
28786 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28787 @item s I
28788 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28789 @item s L
28790 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28791 @item s P
28792 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28793 @item s R
28794 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28795 @item s T
28796 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28797 @item s U
28798 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28799 @item s X
28800 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28801 @end table
28803 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28804 names rather than prompting for the variable name.
28806 @kindex s p
28807 @pindex calc-permanent-variable
28808 @cindex Storing variables
28809 @cindex Permanent variables
28810 @cindex Calc init file, variables
28811 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28812 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28813 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.emacs.d/calc.el}), so
28814 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28815 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28816 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28817 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28818 use a different file for the Calc init file.)
28820 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28821 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28822 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28823 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28824 and @code{PlotRejects};
28825 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28826 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28827 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28828 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28830 @kindex s i
28831 @pindex calc-insert-variables
28832 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28833 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28834 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28835 Lisp @code{setq} commands
28836 which store the values in string form.  You can place these commands
28837 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28838 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28839 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28840 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28841 stores in a more human-readable format.)
28843 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28844 @section The Let Command
28846 @noindent
28847 @kindex s l
28848 @pindex calc-let
28849 @cindex Variables, temporary assignment
28850 @cindex Temporary assignment to variables
28851 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28852 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28853 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28854 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28856 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28857 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28858 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28859 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28860 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28861 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28862 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28863 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28864 by these commands.
28866 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28867 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28868 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28870 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28871 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28872 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28874 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28875 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28876 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28877 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28878 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28879 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28881 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28882 @section The Evaluates-To Operator
28884 @noindent
28885 @tindex evalto
28886 @tindex =>
28887 @cindex Evaluates-to operator
28888 @cindex @samp{=>} operator
28889 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28890 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28891 other language modes like Pascal and @LaTeX{}.)  This is a binary
28892 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28893 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28895 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28896 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28897 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28898 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28899 command according to all current modes and stored variable values,
28900 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28902 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28903 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28904 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28906 @kindex s =
28907 @pindex calc-evalto
28908 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28909 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28910 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28911 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28912 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28914 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28915 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28916 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28917 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28918 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28919 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28920 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28921 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28922 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28923 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28924 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28925 make a concise display of all the variables in your problem.
28926 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28927 which provides a slightly different format of display.  You
28928 can use whichever you find easiest to read.)
28930 @kindex m C
28931 @pindex calc-auto-recompute
28932 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28933 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28934 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28935 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28936 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28937 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28938 before you look at the @samp{=>} entries again.
28940 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28941 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28942 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28943 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28944 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28945 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28946 @kbd{j u} to unselect.
28948 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28949 including the current simplification mode.  Recall that the
28950 formula @samp{arcsin(sin(x))} will not be handled by Calc's algebraic
28951 simplifications, but Calc's unsafe simplifications will reduce it to
28952 @samp{x}.   If you enter @samp{arcsin(sin(x)) =>} normally, the result
28953 will be @samp{arcsin(sin(x)) => arcsin(sin(x))}.  If you change to
28954 Extended Simplification mode, the result will be
28955 @samp{arcsin(sin(x)) => x}.  However, just pressing @kbd{a e}
28956 once will have no effect on @samp{arcsin(sin(x)) => arcsin(sin(x))},
28957 because the righthand side depends only on the lefthand side
28958 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28959 affected by commands like @kbd{a e}.
28961 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28962 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28963 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28964 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28965 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28966 side will temporarily show this value for the variable.  In
28967 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28968 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28969 that the next command that causes Calc to look at those stack
28970 entries will make them revert to the old variable value.
28972 @smallexample
28973 @group
28974 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28975 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28976     .                      .                   .
28978                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28979 @end group
28980 @end smallexample
28982 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28983 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28984 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28985 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28986 operators on the stack to be recomputed without any other
28987 side effects.
28989 @kindex s :
28990 @pindex calc-assign
28991 @tindex assign
28992 @tindex :=
28993 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28994 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28995 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28996 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28997 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28998 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28999 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
29000 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
29001 and value from the stack and replaces them with an assignment.
29003 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
29004 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
29005 treatment to @samp{=>}.
29007 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
29008 @chapter Graphics
29010 @noindent
29011 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
29012 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
29013 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
29014 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
29015 However, it is free software.   It can be obtained from
29016 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
29018 @vindex calc-gnuplot-name
29019 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
29020 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable in
29021 your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some
29022 Lisp variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
29023 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are using
29024 the X window system or MS-Windows, Calc will configure GNUPLOT for you
29025 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are using a
29026 Unix or GNU system without X, Calc will configure GNUPLOT to display
29027 graphs using simple character graphics that will work on any
29028 Posix-compatible terminal.
29030 @menu
29031 * Basic Graphics::
29032 * Three Dimensional Graphics::
29033 * Managing Curves::
29034 * Graphics Options::
29035 * Devices::
29036 @end menu
29038 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
29039 @section Basic Graphics
29041 @noindent
29042 @kindex g f
29043 @pindex calc-graph-fast
29044 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
29045 This command takes two vectors of equal length from the stack.
29046 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
29047 the various data points.  The vector in the second-to-top position
29048 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
29049 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
29050 commands) and displays the set of data points.  The points will
29051 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
29052 to indicate the points themselves.
29054 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
29055 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
29056 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
29058 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
29059 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
29060 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
29062 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
29063 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
29064 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
29065 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
29066 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
29067 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
29068 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
29069 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
29070 or an interval if ``y'' is a formula.)
29072 @ignore
29073 @starindex
29074 @end ignore
29075 @tindex xy
29076 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
29077 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
29078 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
29079 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
29080 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
29081 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
29082 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
29083 will be a circle.
29085 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
29086 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
29087 variables.
29089 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
29090 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
29091 be real numbers (integers, fractions, or floats).  One exception to this
29092 is that the ``y'' entry can consist of a vector of numbers combined with
29093 error forms, in which case the points will be plotted with the
29094 appropriate error bars.  Other than this, if either the ``x''
29095 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
29096 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
29097 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
29099 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
29100 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
29102 @cindex @code{PlotRejects} variable
29103 @vindex PlotRejects
29104 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
29105 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
29106 this vector for every data point which was rejected because its
29107 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
29108 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
29109 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
29110 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
29111 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
29112 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
29113 @code{PlotRejects}.
29115 @kindex g c
29116 @pindex calc-graph-clear
29117 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
29118 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
29119 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
29120 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
29121 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
29122 window if there is one.
29124 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
29125 @section Three-Dimensional Graphics
29127 @kindex g F
29128 @pindex calc-graph-fast-3d
29129 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
29130 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
29131 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
29133 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
29134 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
29135 are several options for these values.
29137 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
29138 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
29139 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
29140 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
29141 result is a surface plot where
29142 @texline @math{z_{ij}}
29143 @infoline @expr{z_ij}
29144 is the height of the point
29145 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
29146 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
29147 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
29148 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
29149 description of the @samp{set view} command.
29151 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
29152 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
29154 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
29155 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
29156 where the coordinates of points along the line are successive triplets
29157 of values from the input vectors.
29159 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
29160 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
29161 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
29162 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
29163 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
29164 3D surface.
29166 @ignore
29167 @starindex
29168 @end ignore
29169 @tindex xyz
29170 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
29171 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
29172 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
29173 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
29174 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
29175 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
29176 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
29177 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
29178 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
29179 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
29180 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
29181 vectors with more than 5 elements.
29183 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
29184 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
29185 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
29186 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
29187 helix (a three-dimensional spiral).
29189 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
29190 variables containing the relevant data.
29192 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
29193 @section Managing Curves
29195 @noindent
29196 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
29197 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
29198 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
29199 by using these commands directly.
29201 @kindex g a
29202 @pindex calc-graph-add
29203 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
29204 represented by the two values on the top of the stack to the current
29205 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
29206 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
29207 on the same axes.
29209 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
29210 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
29211 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
29212 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
29213 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
29214 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
29215 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
29216 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
29217 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
29218 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
29219 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
29220 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
29221 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29223 @vindex PlotData1
29224 @vindex PlotData2
29225 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
29226 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
29227 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
29228 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
29229 that uses a certain variable and then later change that variable, you
29230 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
29231 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
29232 itself, is what was added by @kbd{g a}.
29234 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
29235 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
29236 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
29237 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
29238 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
29239 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
29241 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
29242 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
29243 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
29245 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
29246 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
29247 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
29248 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
29249 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
29250 they are to look nice on the same graph.)
29252 For example, to plot
29253 @texline @math{\sin n x}
29254 @infoline @expr{sin(n x)}
29255 for integers @expr{n}
29256 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
29257 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
29258 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
29259 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
29260 command.
29262 @kindex g A
29263 @pindex calc-graph-add-3d
29264 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
29265 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
29266 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
29267 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
29268 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
29269 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
29270 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
29271 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
29272 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
29273 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29275 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
29276 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
29277 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
29278 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
29279 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
29280 check for this.)
29282 @kindex g d
29283 @pindex calc-graph-delete
29284 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
29285 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
29286 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
29287 it deletes all of the curves from the graph.
29289 @kindex g H
29290 @pindex calc-graph-hide
29291 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
29292 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
29293 the actual plot, but information about it such as its name and line and
29294 point styles will be retained.
29296 @kindex g j
29297 @pindex calc-graph-juggle
29298 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
29299 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
29300 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
29301 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
29302 with any curve in the graph even though curve-related commands only
29303 affect the last curve in the list.
29305 @kindex g p
29306 @pindex calc-graph-plot
29307 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
29308 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
29309 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
29310 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
29311 command are written to a temporary data file and the variable names
29312 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
29313 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
29314 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
29315 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
29317 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
29318 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
29319 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
29320 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
29321 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
29322 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
29323 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
29325 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
29326 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
29327 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
29328 the data points it has computed and saved from previous plots of the
29329 function, and computes and inserts a new data point midway between
29330 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
29331 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
29333 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
29334 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
29335 the current graph is three-dimensional.
29337 @kindex g P
29338 @pindex calc-graph-print
29339 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
29340 except that it sends the output to a printer instead of to the
29341 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
29342 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
29343 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
29344 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
29345 uses a different set of default values.  All of these values are
29346 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
29347 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
29348 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
29349 always plot to the printer.
29351 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
29352 @section Graphics Options
29354 @noindent
29355 @kindex g g
29356 @pindex calc-graph-grid
29357 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
29358 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
29359 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
29360 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
29361 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
29362 of the change you must give another @kbd{g p} command.
29364 @kindex g b
29365 @pindex calc-graph-border
29366 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
29367 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
29368 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
29370 @kindex g k
29371 @pindex calc-graph-key
29372 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
29373 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
29374 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
29375 off by default, and is only really useful if you have several
29376 curves on the same graph.
29378 @kindex g N
29379 @pindex calc-graph-num-points
29380 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
29381 to select the number of data points in the graph.  This only affects
29382 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
29383 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
29384 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
29385 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
29386 a blank line, displays the default number of points used for all
29387 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
29388 With a negative prefix argument, this command changes or displays
29389 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
29390 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
29391 will be computed for the surface.
29393 Data values in the graph of a function are normally computed to a
29394 precision of five digits, regardless of the current precision at the
29395 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
29396 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
29397 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
29398 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
29399 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
29400 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
29401 there is no keystroke-based command to set the precision.
29403 @kindex g h
29404 @pindex calc-graph-header
29405 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
29406 for the graph.  This will show up centered above the graph.
29407 The default title is blank (no title).
29409 @kindex g n
29410 @pindex calc-graph-name
29411 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
29412 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
29413 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
29414 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
29415 the other curves you must first juggle them to the end of the list
29416 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
29417 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
29418 not used.
29420 @kindex g t
29421 @kindex g T
29422 @pindex calc-graph-title-x
29423 @pindex calc-graph-title-y
29424 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
29425 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
29426 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
29427 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
29428 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
29429 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
29430 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
29432 @kindex g r
29433 @kindex g R
29434 @pindex calc-graph-range-x
29435 @pindex calc-graph-range-y
29436 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
29437 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
29438 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
29439 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
29440 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
29441 default behavior of setting the range based on the range of values
29442 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
29443 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
29444 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
29446 @kindex g l
29447 @kindex g L
29448 @pindex calc-graph-log-x
29449 @pindex calc-graph-log-y
29450 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
29451 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
29452 be logarithmic instead of linear.
29454 @kindex g C-l
29455 @kindex g C-r
29456 @kindex g C-t
29457 @pindex calc-graph-log-z
29458 @pindex calc-graph-range-z
29459 @pindex calc-graph-title-z
29460 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
29461 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
29462 for the ``z'' axis.
29464 @kindex g z
29465 @kindex g Z
29466 @pindex calc-graph-zero-x
29467 @pindex calc-graph-zero-y
29468 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
29469 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
29470 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
29471 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
29472 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
29473 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
29474 not available for 3D plots.
29476 @kindex g s
29477 @pindex calc-graph-line-style
29478 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
29479 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
29480 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
29481 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
29482 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
29483 start at one and their meanings vary depending on the output device.
29484 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
29485 available for any device.
29487 @kindex g S
29488 @pindex calc-graph-point-style
29489 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
29490 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
29491 If you turn both lines and points off, the data points will show as
29492 tiny dots.  If the ``y'' values being plotted contain error forms and
29493 the connecting lines are turned off, then this command will also turn
29494 the error bars on or off.
29496 @cindex @code{LineStyles} variable
29497 @cindex @code{PointStyles} variable
29498 @vindex LineStyles
29499 @vindex PointStyles
29500 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
29501 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
29502 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
29503 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
29504 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
29505 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
29506 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
29507 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
29508 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
29509 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
29511 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
29512 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
29513 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
29514 still be assigned automatically, but you could store another vector in
29515 @code{PointStyles} to define them, too.
29517 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
29518 @section Graphical Devices
29520 @noindent
29521 @kindex g D
29522 @pindex calc-graph-device
29523 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29524 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29525 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29526 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29527 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29529 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29530 the default device name, used by all plots in the future which do
29531 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29532 blank line this command shows you the current default.  The special
29533 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29534 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29535 @code{DISPLAY} environment variable), @code{windows} on MS-Windows, or
29536 otherwise @code{dumb} under GNUPLOT 3.0 and later, or
29537 @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.  This is the initial default
29538 value.
29540 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29541 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29542 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29543 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29544 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29545 dumb terminals will be
29546 @texline @math{80\times24}
29547 @infoline 80x24
29548 characters.  The graph is displayed in
29549 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29550 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29551 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29553 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29554 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29555 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29556 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29557 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29558 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29559 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29560 of the four directions.
29562 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29563 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29564 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29565 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29566 plot on any text-only printer.
29568 @kindex g O
29569 @pindex calc-graph-output
29570 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of the
29571 output file used by GNUPLOT@.  For some devices, notably @code{x11} and
29572 @code{windows}, there is no output file and this information is not
29573 used.  Many other ``devices'' are really file formats like
29574 @code{postscript}; in these cases the output in the desired format
29575 goes into the file you name with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout
29576 @key{RET}} to set GNUPLOT to write to its standard output stream,
29577 i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.  This is the default setting.
29579 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29580 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29581 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29582 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29583 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29584 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29585 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29586 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29587 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29589 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29590 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29591 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29592 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29593 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29594 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29596 The default and printer devices and output files can be saved
29597 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29598 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29599 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29600 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29601 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29603 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29604 @vindex calc-gnuplot-default-device
29605 @vindex calc-gnuplot-default-output
29606 @vindex calc-gnuplot-print-command
29607 @vindex calc-gnuplot-print-device
29608 @vindex calc-gnuplot-print-output
29609 You may wish to configure the default and
29610 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29611 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29612 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29613 file names must be either strings as described above, or Lisp
29614 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29616 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29617 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29618 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29619 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29620 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29621 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29622 to display or print the output.  These variables are customizable
29623 (@pxref{Customizing Calc}).
29625 @kindex g x
29626 @pindex calc-graph-display
29627 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29628 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29629 a blank line to see the current display name.  This command has no
29630 effect unless the current device is @code{x11}.
29632 @kindex g X
29633 @pindex calc-graph-geometry
29634 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29635 command for specifying the position and size of the X window.
29636 The normal value is @code{default}, which generally means your
29637 window manager will let you place the window interactively.
29638 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29639 window in the upper-left corner of the screen.  This command has no
29640 effect if the current device is @code{windows}.
29642 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29643 session with GNUPLOT@.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29644 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29645 error message has appeared here and display the buffer for you when
29646 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29647 something has gone wrong@footnote{
29648 On MS-Windows, due to the peculiarities of how the Windows version of
29649 GNUPLOT (called @command{wgnuplot}) works, the GNUPLOT responses are
29650 not communicated back to Calc.  Instead, you need to look them up in
29651 the GNUPLOT command window that is displayed as in normal interactive
29652 usage of GNUPLOT.
29655 @kindex g C
29656 @pindex calc-graph-command
29657 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29658 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29659 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29660 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29661 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29663 @kindex g v
29664 @kindex g V
29665 @pindex calc-graph-view-commands
29666 @pindex calc-graph-view-trail
29667 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29668 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29669 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29670 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29671 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29672 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29673 buffer is hidden again.  (Note that on MS-Windows, the @samp{*Gnuplot
29674 Trail*} buffer will usually show nothing of interest, because
29675 GNUPLOT's responses are not communicated back to Calc.)
29677 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29678 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29679 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29680 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29681 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29682 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29683 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29684 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29685 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29686 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29687 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29688 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29689 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29690 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29691 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29692 with @kbd{g p}.
29694 @kindex g q
29695 @pindex calc-graph-quit
29696 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29697 process that is running.  The next graphing command you give will
29698 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29699 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29700 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29701 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29703 @kindex g K
29704 @pindex calc-graph-kill
29705 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29706 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29707 you can see the process being killed.  This is better if you are
29708 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29710 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29711 @chapter Kill and Yank Functions
29713 @noindent
29714 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29715 other Emacs editing buffers.
29717 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29718 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29720 @menu
29721 * Killing From Stack::
29722 * Yanking Into Stack::
29723 * Saving Into Registers::
29724 * Inserting From Registers::
29725 * Grabbing From Buffers::
29726 * Yanking Into Buffers::
29727 * X Cut and Paste::
29728 @end menu
29730 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29731 @section Killing from the Stack
29733 @noindent
29734 @kindex C-k
29735 @pindex calc-kill
29736 @kindex M-k
29737 @pindex calc-copy-as-kill
29738 @kindex C-w
29739 @pindex calc-kill-region
29740 @kindex M-w
29741 @pindex calc-copy-region-as-kill
29742 @kindex M-C-w
29743 @cindex Kill ring
29744 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the ``kill
29745 ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y} command.
29746 Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which kills
29747 one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point, and
29748 @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29749 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too,
29750 although in the Calculator they operate on whole stack entries, so they
29751 ``round up'' the specified region to encompass full lines.  (To copy
29752 only parts of lines, the @kbd{M-C-w} command in the Calculator will copy
29753 the region to the kill ring without any ``rounding up'', just like the
29754 @kbd{M-w} command in normal Emacs.)  Also, @kbd{M-k} has been provided
29755 to complete the set; it puts the current line into the kill ring without
29756 deleting anything.
29758 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29759 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below
29760 the bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.
29761 Otherwise, they operate on whatever stack element the cursor is on.  The
29762 text is copied into the kill ring exactly as it appears on the screen,
29763 including line numbers if they are enabled.
29765 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29766 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29767 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29768 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29769 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29770 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29771 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29772 newline.
29774 @node Yanking Into Stack, Saving Into Registers, Killing From Stack, Kill and Yank
29775 @section Yanking into the Stack
29777 @noindent
29778 @kindex C-y
29779 @pindex calc-yank
29780 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29781 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29782 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29783 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29784 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29785 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29786 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29787 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29788 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29789 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29790 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29791 difference.)
29793 @node Saving Into Registers, Inserting From Registers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29794 @section Saving into Registers
29796 @noindent
29797 @kindex r s
29798 @pindex calc-copy-to-register
29799 @pindex calc-prepend-to-register
29800 @pindex calc-append-to-register
29801 @cindex Registers
29802 An alternative to killing and yanking stack entries is using
29803 registers in Calc.  Saving stack entries in registers is like
29804 saving text in normal Emacs registers; although, like Calc's kill
29805 commands, register commands always operate on whole stack
29806 entries.
29808 Registers in Calc are places to store stack entries for later use;
29809 each register is indexed by a single character.  To store the current
29810 region (rounded up, of course, to include full stack entries) into a
29811 register, use the command @kbd{r s} (@code{calc-copy-to-register}).
29812 You will then be prompted for a register to use, the next character
29813 you type will be the index for the register.  To store the region in
29814 register @var{r}, the full command will be @kbd{r s @var{r}}.  With an
29815 argument, @kbd{C-u r s @var{r}}, the region being copied to the
29816 register will be deleted from the Calc buffer.
29818 It is possible to add additional stack entries to a register.  The
29819 command @kbd{M-x calc-append-to-register} will prompt for a register,
29820 then add the stack entries in the region to the end of the register
29821 contents. The command @kbd{M-x calc-prepend-to-register} will
29822 similarly prompt for a register and add  the stack entries in the
29823 region to the beginning of the register contents.  Both commands take
29824 @kbd{C-u} arguments, which will cause the region to be deleted after being
29825 added to the register.
29827 @node Inserting From Registers, Grabbing From Buffers, Saving Into Registers, Kill and Yank
29828 @section Inserting from Registers
29829 @noindent
29830 @kindex r i
29831 @pindex calc-insert-register
29832 The command @kbd{r i} (@code{calc-insert-register}) will prompt for a
29833 register, then insert the contents of that register into the
29834 Calculator.  If the contents of the register were placed there from
29835 within Calc, then the full internal structure of the contents will be
29836 inserted into the Calculator, otherwise whatever text is in the
29837 register is reparsed and then inserted into the Calculator.
29839 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Inserting From Registers, Kill and Yank
29840 @section Grabbing from Other Buffers
29842 @noindent
29843 @kindex C-x * g
29844 @pindex calc-grab-region
29845 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29846 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29847 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29848 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29849 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29850 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29851 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29852 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29854 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29855 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29856 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29857 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29858 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29859 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29860 delete given that prefix argument.
29862 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29863 line.
29865 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29866 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29867 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29868 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29869 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29870 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29871 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29872 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29874 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29875 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29877 @kindex C-x * r
29878 @pindex calc-grab-rectangle
29879 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29880 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29881 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29882 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29883 whose contents are parsed.
29885 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29886 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29887 only if every row contains the same number of values.
29889 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29890 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29891 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29892 is ignored.
29894 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29895 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29896 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29897 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29898 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29899 @kbd{C-x * r} command.
29901 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29902 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29903 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29904 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29905 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29906 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29907 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29908 as @samp{[2*a]}.
29910 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29911 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29912 separately as a matrix element.  If a line contained
29913 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29914 would correctly split the line into two error forms.
29916 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29917 constituent rows and columns.  (If it is a
29918 @texline @math{1\times1}
29919 @infoline 1x1
29920 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29922 @kindex C-x * :
29923 @kindex C-x * _
29924 @pindex calc-grab-sum-across
29925 @pindex calc-grab-sum-down
29926 @cindex Summing rows and columns of data
29927 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29928 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29929 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29930 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29931 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29932 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29933 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29935 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29936 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29937 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29938 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29939 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29941 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29942 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29943 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29944 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29945 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29946 you want to do further arithmetic with it.)
29948 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29949 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29950 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29951 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29952 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29953 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29954 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29956 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29957 @section Yanking into Other Buffers
29959 @noindent
29960 @kindex y
29961 @pindex calc-copy-to-buffer
29962 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29963 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29964 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29965 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29966 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29967 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29968 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29969 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29971 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29972 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29973 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29974 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29975 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29976 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29977 latter strips off the trailing newline.
29979 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29980 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29981 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29982 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29983 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29984 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29985 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29986 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29987 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29988 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29990 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29991 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29992 overwrite the characters following point rather than being inserted
29993 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29994 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29995 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29996 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29997 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29998 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29999 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
30000 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
30001 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
30002 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
30003 to overwriting one complete number with another.
30005 @kindex C-x * y
30006 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
30007 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
30008 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
30010 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
30011 @section X Cut and Paste
30013 @noindent
30014 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
30015 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
30016 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
30018 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
30019 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
30020 select the text between the cursor and the clicked location, and
30021 the middle button to yank the selection into the buffer at the
30022 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
30023 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
30024 to select a number, vector, or formula from one window, then
30025 middle-click to paste that value into the other window.  When you
30026 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
30027 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
30028 new value is always pushed onto the top of the stack.
30030 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
30031 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
30032 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
30033 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
30034 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
30035 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
30036 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
30037 in the Calc window.
30039 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
30040 @chapter Keypad Mode
30042 @noindent
30043 @kindex C-x * k
30044 @pindex calc-keypad
30045 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
30046 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
30047 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
30048 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
30049 The original window remains the selected window; in Keypad mode
30050 you can type in your file while simultaneously performing
30051 calculations with the mouse.
30053 @pindex full-calc-keypad
30054 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
30055 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
30056 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
30057 trail all at once.  This mode would normally be used when running
30058 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
30060 If you aren't using the X window system, you must switch into
30061 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
30062 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
30063 is easier than using Calc normally, go right ahead.
30065 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
30066 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
30067 keystrokes; all such deviations are described below.
30069 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
30070 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
30071 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
30072 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
30073 To return to earlier menus, click the middle mouse button
30074 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
30075 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
30076 is equivalent to clicking the right mouse button there.
30078 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
30079 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
30080 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
30081 original buffer.
30083 @menu
30084 * Keypad Main Menu::
30085 * Keypad Functions Menu::
30086 * Keypad Binary Menu::
30087 * Keypad Vectors Menu::
30088 * Keypad Modes Menu::
30089 @end menu
30091 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
30092 @section Main Menu
30094 @smallexample
30095 @group
30096 |----+----+--Calc---+----+----1
30097 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
30098 |----+----+----+----+----+----|
30099 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
30100 |----+----+----+----+----+----|
30101 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
30102 |----+----+----+----+----+----|
30103 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
30104 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
30105 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
30106 |-----+-----+-----+-----+-----|
30107 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
30108 |-----+-----+-----+-----+-----|
30109 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
30110 |-----+-----+-----+-----+-----|
30111 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
30112 |-----+-----+-----+-----+-----+
30113 @end group
30114 @end smallexample
30116 @noindent
30117 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
30118 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
30119 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
30120 screen you will be able to see the top three stack entries.
30122 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
30123 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
30124 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
30125 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
30126 or any other function key.
30128 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
30129 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
30130 At other times it changes the sign of the number on the top of the
30131 stack.
30133 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
30134 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
30135 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
30136 below and in the following sections.
30138 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
30139 duplicates the top entry on the stack.
30141 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
30142 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
30143 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
30145 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
30146 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
30147 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
30148 the stack, then removes that many additional stack elements.
30150 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
30151 that would normally work in Calc mode.  This can include a
30152 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
30153 switch into the Calc window and type commands in it; there is
30154 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
30156 The other keys in this display perform their obvious calculator
30157 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
30158 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
30159 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
30161 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
30162 give you access to some common functions even if the appropriate menu
30163 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
30164 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
30166 @table @kbd
30167 @item INV +/-
30168 is the same as @key{1/x}.
30169 @item INV +
30170 is the same as @key{SQRT}.
30171 @item INV -
30172 is the same as @key{CONJ}.
30173 @item INV *
30174 is the same as @key{y^x}.
30175 @item INV /
30176 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
30177 @item HYP/INV 1
30178 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
30179 @item HYP/INV 2
30180 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
30181 @item HYP/INV 3
30182 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
30183 @item INV/HYP 4
30184 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
30185 @item INV/HYP 5
30186 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
30187 @item INV 6
30188 is the same as @key{ABS}.
30189 @item INV 7
30190 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
30191 @item INV 8
30192 is the same as @key{CLN2}.
30193 @item INV 9
30194 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
30195 @item INV 0
30196 is the same as @key{IMAG}.
30197 @item INV .
30198 is the same as @key{PREC}.
30199 @item INV ENTER
30200 is the same as @key{SWAP}.
30201 @item HYP ENTER
30202 is the same as @key{RLL3}.
30203 @item INV HYP ENTER
30204 is the same as @key{OVER}.
30205 @item HYP +/-
30206 packs the top two stack entries as an error form.
30207 @item HYP EEX
30208 packs the top two stack entries as a modulo form.
30209 @item INV EEX
30210 creates an interval form; this removes an integer which is one
30211 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
30212 by the two limits of the interval.
30213 @end table
30215 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
30216 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
30217 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
30218 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
30219 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
30220 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
30222 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
30223 @section Functions Menu
30225 @smallexample
30226 @group
30227 |----+----+----+----+----+----2
30228 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
30229 |----+----+----+----+----+----|
30230 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
30231 |----+----+----+----+----+----|
30232 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
30233 |----+----+----+----+----+----|
30234 @end group
30235 @end smallexample
30237 @noindent
30238 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
30239 prefix keys.
30241 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
30242 number @expr{i = (0, 1)}.
30244 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
30245 extracts the imaginary part.
30247 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
30248 a random number greater than or equal to zero but less than that
30249 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
30250 again'' command; it computes another random number using the
30251 same limit as last time.
30253 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
30255 @key{INV FACT} is the gamma function.
30256 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
30257 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
30259 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
30260 @kbd{H k c} key in normal Calc.
30262 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
30263 finds the previous prime.
30265 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
30266 @section Binary Menu
30268 @smallexample
30269 @group
30270 |----+----+----+----+----+----3
30271 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
30272 |----+----+----+----+----+----|
30273 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
30274 |----+----+----+----+----+----|
30275 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
30276 |----+----+----+----+----+----|
30277 @end group
30278 @end smallexample
30280 @noindent
30281 The keys in this menu perform operations on binary integers.
30282 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
30283 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
30285 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
30286 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
30288 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
30289 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
30290 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
30291 for entering hexadecimal numbers.
30293 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
30294 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
30295 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
30296 The initial word size is 32 bits.
30298 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
30299 @section Vectors Menu
30301 @smallexample
30302 @group
30303 |----+----+----+----+----+----4
30304 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
30305 |----+----+----+----+----+----|
30306 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
30307 |----+----+----+----+----+----|
30308 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
30309 |----+----+----+----+----+----|
30310 @end group
30311 @end smallexample
30313 @noindent
30314 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
30316 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
30317 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
30318 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
30319 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
30320 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
30321 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
30322 rows into a matrix.
30324 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
30325 components separately.
30327 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
30328 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
30329 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
30330 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
30331 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
30333 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
30334 identity matrix.
30336 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
30338 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
30340 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
30341 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
30343 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
30344 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
30345 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
30346 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
30348 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
30349 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
30350 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
30352 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
30353 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
30354 @key{HYP MAX} computes the median.
30356 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
30357 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
30358 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
30359 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
30360 all the elements of a vector.
30362 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
30363 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
30364 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
30365 second-to-top position and matches them to the variables in
30366 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
30367 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
30368 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
30369 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
30370 the formula @samp{x^y}.
30372 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
30373 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
30374 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
30375 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
30376 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
30377 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
30378 @expr{t}, respectively.
30380 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
30381 @section Modes Menu
30383 @smallexample
30384 @group
30385 |----+----+----+----+----+----5
30386 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
30387 |----+----+----+----+----+----|
30388 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
30389 |----+----+----+----+----+----|
30390 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
30391 |----+----+----+----+----+----|
30392 @end group
30393 @end smallexample
30395 @noindent
30396 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
30398 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
30399 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
30400 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
30401 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
30402 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
30404 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
30405 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
30406 well as to the left.
30408 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
30409 for trigonometric functions.
30411 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
30412 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
30413 fractional or floating-point results.
30415 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
30416 polar or rectangular complex numbers are used by default.
30418 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
30419 operations that would produce inexact floating-point results
30420 are left unevaluated as algebraic formulas.
30422 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
30423 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
30425 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
30426 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
30427 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
30428 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
30430 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
30431 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
30432 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
30433 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
30434 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
30436 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
30437 @chapter Embedded Mode
30439 @noindent
30440 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
30441 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
30442 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
30443 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
30445 @menu
30446 * Basic Embedded Mode::
30447 * More About Embedded Mode::
30448 * Assignments in Embedded Mode::
30449 * Mode Settings in Embedded Mode::
30450 * Customizing Embedded Mode::
30451 @end menu
30453 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
30454 @section Basic Embedded Mode
30456 @noindent
30457 @kindex C-x * e
30458 @pindex calc-embedded
30459 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
30460 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
30461 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
30462 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
30463 are visiting your own files.
30465 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
30466 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
30467 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to @LaTeX{}.
30468 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
30469 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
30470 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
30471 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
30472 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).
30473 These can be overridden with Calc's mode
30474 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
30475 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
30477 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
30478 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
30479 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
30480 understands are:
30482 @enumerate
30483 @item
30484 The @TeX{} and @LaTeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
30485 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
30486 @item
30487 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
30488 @item
30489 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
30490 @item
30491 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
30492 @item
30493 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
30494 @end enumerate
30496 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
30497 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
30498 on their own separate lines or in-line with the formula.
30500 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
30501 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
30502 that many lines forward or backward (respectively, including the current
30503 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
30505 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
30506 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
30507 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
30509 @kindex C-x * w
30510 @pindex calc-embedded-word
30511 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
30512 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
30513 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
30514 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
30515 backward to delimit the formula.
30517 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
30518 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
30519 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
30520 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
30521 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
30522 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
30523 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
30524 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
30525 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
30526 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
30527 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
30529 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
30530 formula which is blank, say with the cursor on the space between
30531 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
30532 an algebraic entry.
30534 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
30535 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
30536 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
30537 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
30538 not affected by Embedded mode.
30540 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
30541 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
30542 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
30543 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
30544 find you need to see the entire stack.
30546 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
30547 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
30548 inequality:
30550 @example
30551 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
30552 @end example
30554 @noindent
30555 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
30556 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
30557 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
30558 to match Calc's usual display style:
30560 @example
30561 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
30562 @end example
30564 @noindent
30565 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
30566 in a different formula, one which we have not yet touched with
30567 Embedded mode.
30569 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
30570 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
30571 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
30572 This is a selection-based command for which we first need to
30573 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
30574 needs to be commuted.
30576 @example
30577 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
30578 @end example
30580 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
30581 without actually selecting that window.  Giving this command
30582 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
30583 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
30585 @example
30586 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
30587 @end example
30589 @noindent
30590 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
30591 at this point will exchange the two stack values and restore
30592 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30593 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30594 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30595 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30596 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
30598 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30599 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30600 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30601 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30602 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30603 that happens on the stack is entirely your business as far as
30604 Embedded mode is concerned.
30606 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
30607 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30608 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30609 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30610 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
30611 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30612 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30613 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30614 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30615 you haven't done anything with this formula yet.
30617 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30618 @section More About Embedded Mode
30620 @noindent
30621 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30622 the formula for the first time since the buffer was created or
30623 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30624 written.  If the formula contains any @LaTeX{}-like @samp{\} sequences,
30625 it is parsed (i.e., read) in @LaTeX{} mode.  If the formula appears to
30626 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30627 it is parsed according to the current language mode.
30629 Note that Calc does not change the current language mode according
30630 the formula it reads in.  Even though it can read a @LaTeX{} formula when
30631 not in @LaTeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30632 whatever language mode is in effect.
30634 @tex
30635 \bigskip
30636 @end tex
30638 @kindex d p
30639 @pindex calc-show-plain
30640 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30641 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30642 specify matrix display styles which the parser is unable to
30643 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30644 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30645 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30646 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30647 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30648 version.
30650 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30651 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30652 character begins a comment in @TeX{} and @LaTeX{}, so if your formula is
30653 embedded in a @TeX{} or @LaTeX{} document its plain version will be
30654 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30655 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be
30656 in a comment for those modes, also.
30657 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30658 formula delimiters.
30660 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30661 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30662 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30663 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30664 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30665 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30666 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30667 Calc will be able to read your formula later.
30669 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30670 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30671 any digits that are computed but not displayed will simply be
30672 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30673 mode allows you to make sure that the complete number is present
30674 in the file as well as the rounded-down number.
30676 @tex
30677 \bigskip
30678 @end tex
30680 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30681 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30682 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30683 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30684 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30685 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30686 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30687 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30688 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30689 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30690 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30691 ``plain'' mode.
30693 @tex
30694 \bigskip
30695 @end tex
30697 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30698 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30699 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30700 like this in your file (elaborating here on the example from
30701 the ``Getting Started'' chapter):
30703 @smallexample
30704 The derivative of
30706                               ln(ln(x))
30710                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30712 whose value at x = 2 is
30714                             @r{(the value)}
30716 and at x = 3 is
30718                             @r{(the value)}
30719 @end smallexample
30721 @kindex C-x * d
30722 @pindex calc-embedded-duplicate
30723 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30724 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30725 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30726 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30727 Embedded mode is then enabled for that copy.
30729 For this example, you would start with just
30731 @smallexample
30732 The derivative of
30734                               ln(ln(x))
30735 @end smallexample
30737 @noindent
30738 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30741 @smallexample
30742 The derivative of
30744                               ln(ln(x))
30747                               ln(ln(x))
30748 @end smallexample
30750 @noindent
30751 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30752 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30753 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30754 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30755 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30756 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30758 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30759 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30760 various formulas and numbers.
30762 @tex
30763 \bigskip
30764 @end tex
30766 @kindex C-x * f
30767 @kindex C-x * '
30768 @pindex calc-embedded-new-formula
30769 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30770 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30771 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30772 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30773 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30774 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30775 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30776 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30778 @kindex C-x * n
30779 @kindex C-x * p
30780 @pindex calc-embedded-next
30781 @pindex calc-embedded-previous
30782 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30783 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30784 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30785 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30786 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30787 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30788 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30789 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30790 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30791 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30792 formula, they just move the cursor.
30794 @kindex C-x * `
30795 @pindex calc-embedded-edit
30796 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30797 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30798 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30799 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30801 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30802 @section Assignments in Embedded Mode
30804 @noindent
30805 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30806 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30807 a definition in one formula, then refer to that definition in
30808 other formulas embedded in the same buffer.
30810 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30812 @example
30813 foo := 5
30814 @end example
30816 @noindent
30817 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30818 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30819 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30820 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30821 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30823 One way to use this assigned value is simply to create an
30824 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30825 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30826 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30827 is to use @samp{=>} elsewhere:
30829 @example
30830 foo + 7 => 12
30831 @end example
30833 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30835 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30836 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30838 @example
30839 foo := 17
30841 foo + 7 => 24
30842 @end example
30844 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30845 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30846 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30847 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30848 variable @code{foo} becomes unassigned:
30850 @example
30853 foo + 7 => foo + 7
30854 @end example
30856 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30857 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30858 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30859 Subformulas}, to see how this works).
30861 @kindex C-x * j
30862 @pindex calc-embedded-select
30863 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30864 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30865 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30866 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30867 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30868 A formula can also be a combination of both:
30870 @example
30871 bar := foo + 3 => 20
30872 @end example
30874 @noindent
30875 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30877 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30878 mode.
30880 @kindex C-x * u
30881 @pindex calc-embedded-update-formula
30882 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30883 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30884 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30885 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30886 command is a convenient way to do this.
30888 @example
30889 foo := 6
30891 foo + 7 => 13
30892 @end example
30894 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30895 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30896 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30897 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30898 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30899 that formula will not be disturbed.
30901 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30902 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30903 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30904 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30905 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30907 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30908 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30910 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30911 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30912 file.
30914 @kindex C-x * a
30915 @pindex calc-embedded-activate
30916 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30917 through the current buffer and activates all embedded formulas
30918 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30919 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30920 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30921 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30922 changed.
30924 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30925 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30926 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30927 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30928 a few lines that look like this:
30930 @example
30931 --- Local Variables: ---
30932 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30933 --- End: ---
30934 @end example
30936 @noindent
30937 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30938 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30939 or omitted altogether; in a @TeX{} or @LaTeX{} file, @samp{%} would be a good
30940 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30941 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30942 trailing strings.
30944 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30945 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30946 section, it does the specified things (in this case, running
30947 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30948 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30949 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30950 page of the file if the file has any page separators.
30951 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30952 Emacs manual}.
30954 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30955 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30956 Generally this should not be a problem, though, because the
30957 formulas will have been up-to-date already when the file was
30958 saved.
30960 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30961 any previous active formulas remain active as well.  With a
30962 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30963 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30964 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30965 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30967 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30968 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30969 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30970 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30971 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30972 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30973 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30974 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30975 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30976 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30977 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30978 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30979 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30980 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30981 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30983 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30984 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30985 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30986 following assignment is used.
30988 @example
30989 x => 1
30991 x := 1
30993 x => 1
30995 x := 2
30997 x => 2
30998 @end example
31000 As well as simple variables, you can also assign to subscript
31001 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
31002 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
31003 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
31004 but the automatic linkage between assignments and references works
31005 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
31007 If there are no assignments to a given variable, the global
31008 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
31009 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
31010 Note that global stored values will be lost when the file is saved
31011 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
31012 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
31013 @pxref{Operations on Variables}.
31015 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
31016 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
31017 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
31018 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
31019 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
31020 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
31021 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
31022 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
31023 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
31024 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
31025 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
31027 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
31028 @section Mode Settings in Embedded Mode
31030 @kindex m e
31031 @pindex calc-embedded-preserve-modes
31032 @noindent
31033 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
31034 by default they will revert to their original values when embedded mode
31035 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
31036 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
31037 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
31038 will be preserved when embedded mode is ended.
31040 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
31041 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
31042 in the file that specify mode settings either global to the entire
31043 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
31044 case, different modes can be specified for use when a formula
31045 is the enabled Embedded mode formula.
31047 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
31048 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
31049 a line like the following one to the file just before the opening
31050 delimiter of the formula.
31052 @example
31053 % [calc-mode: fractions: t]
31054 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
31055 @end example
31057 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
31058 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
31059 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
31060 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
31061 the file, or up to a line of the form
31063 @example
31064 % [calc-defaults]
31065 @end example
31067 @noindent
31068 which you can insert at strategic places in the file if this backward
31069 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
31070 ``zone'' of mode settings and another.
31072 If the file contains several annotations for the same mode, the
31073 closest one before the formula is used.  Annotations after the
31074 formula are never used (except for global annotations, described
31075 below).
31077 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
31078 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
31079 characters are different for different major modes.  You can edit the
31080 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
31081 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
31082 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
31083 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
31084 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
31085 Calc write the annotation for it once and see what it does.
31087 If you give a mode-changing command for a mode that already has
31088 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
31089 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
31090 one.
31092 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
31093 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
31094 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
31095 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
31096 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
31097 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
31098 sure the value is of a valid type or range; if you write an
31099 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
31100 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
31102 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
31103 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
31104 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
31105 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
31106 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
31107 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
31109 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
31110 that look like this, respectively:
31112 @example
31113 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
31114 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
31115 @end example
31117 The first kind of annotation will be used only while a formula
31118 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
31119 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
31120 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
31121 yet, is not relevant here.)
31123 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
31124 of the file:
31126 @example
31127 % [calc-global-mode: fractions t]
31128 @end example
31130 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
31131 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
31132 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
31133 the file, as long as those mode settings are suitable for all
31134 formulas in the file.
31136 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
31137 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
31138 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
31139 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
31140 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
31142 Another way that modes can get out of date is if you add a local
31143 mode annotation to a formula that has another formula after it.
31144 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
31145 first of the two embedded formulas is active.  But the second
31146 formula has not changed its style to match, even though by the
31147 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
31149 @example
31150 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
31151 1.23e2
31153 456.
31154 @end example
31156 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
31157 on it in order to get it to notice the new annotation.
31159 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
31160 which are also available outside of Embedded mode.
31161 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
31162 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
31163 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.emacs.d/calc.el})
31164 rather than by annotating the current document, and no-recording
31165 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
31166 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
31167 annotations at all.
31169 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
31170 for @code{Save} have no effect.
31172 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
31173 @section Customizing Embedded Mode
31175 @noindent
31176 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
31177 variables described here.  These variables are customizable
31178 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
31179 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
31180 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
31181 the end of the file;
31182 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
31183 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
31184 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
31186 @vindex calc-embedded-open-formula
31187 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
31188 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
31189 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
31190 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
31191 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
31192 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
31193 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
31194 regular expression is not completely plain, let's go through it
31195 in detail.
31197 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
31198 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
31199 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
31200 Lisp program.
31202 The most obvious property of this regular expression is that it
31203 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
31204 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
31205 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
31206 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
31207 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
31208 So the actual regular expression seen by Calc is
31209 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
31211 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
31212 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
31213 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
31214 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
31215 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
31216 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
31218 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
31219 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
31220 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
31221 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
31222 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
31223 one or two dollar signs.
31225 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
31226 like this example, with several more alternatives added on to
31227 recognize various other common kinds of delimiters.
31229 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
31230 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
31231 is that the former expression actually ``consumes'' only one
31232 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
31233 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
31234 The former choice gives the most natural behavior when Calc
31235 must operate on a whole formula including its delimiters.
31237 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
31238 But just for your convenience, here is a list of all characters
31239 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
31240 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
31241 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
31242 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
31243 account for each of these six backslashes!)
31245 @vindex calc-embedded-close-formula
31246 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
31247 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
31248 regular expression to match the above example would be
31249 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
31250 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
31251 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
31252 of describing a blank line that is more appropriate for this
31253 case).
31255 @vindex calc-embedded-word-regexp
31256 The @code{calc-embedded-word-regexp} variable holds a regular expression
31257 used to define an expression to look for (a ``word'') when you type
31258 @kbd{C-x * w} to enable Embedded mode.
31260 @vindex calc-embedded-open-plain
31261 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
31262 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
31263 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
31264 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
31265 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
31266 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
31267 be different for certain major modes.
31269 @vindex calc-embedded-close-plain
31270 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
31271 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
31272 different for different major modes.  Without
31273 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
31274 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
31276 @vindex calc-embedded-open-new-formula
31277 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
31278 which is inserted at the front of a new formula when you type
31279 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
31280 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
31281 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
31282 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
31283 the file.
31285 @vindex calc-embedded-close-new-formula
31286 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
31287 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
31288 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
31289 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
31290 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
31291 newline and a trailing closing newline are omitted.)
31293 @vindex calc-embedded-announce-formula
31294 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
31295 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
31296 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
31297 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
31298 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
31299 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
31300 But if your language includes a delimiter which can only occur
31301 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
31302 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
31303 different for different major modes.
31304 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
31305 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
31306 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
31307 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
31309 @vindex calc-embedded-open-mode
31310 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
31311 regular expression) which should precede a mode annotation.
31312 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
31313 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
31314 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
31315 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
31316 modes.
31318 @vindex calc-embedded-close-mode
31319 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
31320 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
31321 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
31322 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
31323 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
31325 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
31326 @chapter Programming
31328 @noindent
31329 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
31330 on the nature of the problem you need to solve.
31332 @enumerate
31333 @item
31334 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
31335 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
31336 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
31337 as loops and conditionals.
31339 @item
31340 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
31341 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
31342 as an interactive command.
31344 @item
31345 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
31346 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
31347 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
31348 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
31349 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
31351 @item
31352 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
31353 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
31354 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
31355 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
31356 rewrite rules.
31357 @end enumerate
31359 @kindex z
31360 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
31361 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
31362 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
31363 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
31364 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
31365 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
31366 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
31368 @menu
31369 * Creating User Keys::
31370 * Keyboard Macros::
31371 * Invocation Macros::
31372 * Algebraic Definitions::
31373 * Lisp Definitions::
31374 @end menu
31376 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
31377 @section Creating User Keys
31379 @noindent
31380 @kindex Z D
31381 @pindex calc-user-define
31382 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
31383 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
31384 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
31386 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
31387 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
31388 prompted for the name of the Calculator command that this key should
31389 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
31390 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
31391 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
31392 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
31393 @kbd{z s} to be something else.
31395 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
31396 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
31398 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
31399 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
31400 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
31402 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
31403 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
31404 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
31405 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
31406 of a letter if you wish.
31408 @kindex Z U
31409 @pindex calc-user-undefine
31410 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
31411 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
31412 key we defined above.
31414 @kindex Z P
31415 @pindex calc-user-define-permanent
31416 @cindex Storing user definitions
31417 @cindex Permanent user definitions
31418 @cindex Calc init file, user-defined commands
31419 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
31420 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
31421 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
31422 your Calc init file; that is, the file given by the variable
31423 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.emacs.d/calc.el}.)  For example,
31424 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
31425 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
31426 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
31427 use a different file for the Calc init file.)
31429 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
31430 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
31431 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
31432 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
31433 command will save all of these definitions.
31434 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
31435 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
31436 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
31437 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
31438 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
31439 and if the function has any display formats, those will be saved, but
31440 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
31441 or key bindings associated with the function.)
31443 @kindex Z E
31444 @pindex calc-user-define-edit
31445 @cindex Editing user definitions
31446 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
31447 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
31448 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
31449 following sections.
31451 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
31452 @section Programming with Keyboard Macros
31454 @noindent
31455 @kindex X
31456 @cindex Programming with keyboard macros
31457 @cindex Keyboard macros
31458 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
31459 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
31460 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
31461 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
31462 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
31463 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
31464 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
31465 information.
31467 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
31468 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
31469 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
31470 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
31471 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
31472 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
31473 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
31474 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
31475 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
31476 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
31477 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
31478 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
31479 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
31481 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
31482 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
31483 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
31484 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
31486 @menu
31487 * Naming Keyboard Macros::
31488 * Conditionals in Macros::
31489 * Loops in Macros::
31490 * Local Values in Macros::
31491 * Queries in Macros::
31492 @end menu
31494 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
31495 @subsection Naming Keyboard Macros
31497 @noindent
31498 @kindex Z K
31499 @pindex calc-user-define-kbd-macro
31500 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
31501 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
31502 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
31503 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
31504 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
31505 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
31506 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
31507 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
31508 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
31509 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
31510 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
31511 descriptive command name if you wish.
31513 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
31514 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
31515 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
31516 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
31518 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
31519 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
31521 @cindex Keyboard macros, editing
31522 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31523 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
31524 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update
31525 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
31526 buffer with @kbd{C-x k}.
31527 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
31528 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
31529 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
31530 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
31531 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
31532 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
31533 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
31534 we take it for granted that it is clear we really mean
31535 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
31537 @kindex C-x * m
31538 @pindex read-kbd-macro
31539 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
31540 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
31541 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
31542 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
31544 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
31545 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
31547 @noindent
31548 @kindex Z [
31549 @kindex Z ]
31550 @pindex calc-kbd-if
31551 @pindex calc-kbd-else
31552 @pindex calc-kbd-else-if
31553 @pindex calc-kbd-end-if
31554 @cindex Conditional structures
31555 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
31556 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
31557 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
31558 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
31559 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
31560 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
31561 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
31563 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
31564 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
31565 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
31566 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
31567 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
31568 command is skipped.
31570 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
31571 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
31572 executed while you are making the definition as well as when you later
31573 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
31574 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
31575 don't get a stack-underflow error during the definition process.
31577 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
31578 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
31580 @kindex Z :
31581 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
31582 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
31583 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
31584 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
31585 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
31586 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
31587 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
31589 @kindex Z |
31590 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
31591 between any number of alternatives.  For example,
31592 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
31593 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
31594 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
31595 it will execute @var{part3}.
31597 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31598 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31599 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31600 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31601 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31602 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31603 does not.
31605 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31606 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31607 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31608 constructs you must be careful that these character pairs do not
31609 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31610 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31611 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31612 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31613 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31615 @kindex Z C-g
31616 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31617 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31618 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31620 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31621 @subsection Loops in Keyboard Macros
31623 @noindent
31624 @kindex Z <
31625 @kindex Z >
31626 @pindex calc-kbd-repeat
31627 @pindex calc-kbd-end-repeat
31628 @cindex Looping structures
31629 @cindex Iterative structures
31630 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31631 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31632 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31633 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31634 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31635 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31636 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31637 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31638 repeat a multiply-by-two step however many times.
31640 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31641 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31642 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31643 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31644 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31645 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31646 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31647 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31648 macro.
31650 @kindex Z /
31651 @pindex calc-break
31652 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31653 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31654 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31655 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31656 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31657 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31658 in the C language.
31660 @kindex Z (
31661 @kindex Z )
31662 @pindex calc-kbd-for
31663 @pindex calc-kbd-end-for
31664 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31665 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31666 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31667 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31668 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31669 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31670 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31671 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31672 counter each time until the loop finishes.
31674 @cindex Summations (by keyboard macros)
31675 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31676 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31677 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31678 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31679 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31680 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31682 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31683 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31684 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31685 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31686 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31687 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31689 @kindex Z @{
31690 @kindex Z @}
31691 @pindex calc-kbd-loop
31692 @pindex calc-kbd-end-loop
31693 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31694 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31695 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31696 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31697 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31698 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31699 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31700 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31701 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31702 this feature.)
31704 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31705 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31706 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31707 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31708 as easily as in a macro definition.
31710 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31711 conditional and looping commands.
31713 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31714 @subsection Local Values in Macros
31716 @noindent
31717 @cindex Local variables
31718 @cindex Restoring saved modes
31719 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31720 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31721 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31722 precision, independent of the user's normal setting for those
31723 modes.
31725 @kindex Z `
31726 @kindex Z '
31727 @pindex calc-kbd-push
31728 @pindex calc-kbd-pop
31729 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31730 local variables inside the macro should not affect any variables
31731 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31732 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31734 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31735 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31736 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31737 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31738 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31740 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31741 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31742 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31743 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31744 in exceptional conditions.
31746 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31747 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31748 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31749 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31750 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31751 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31752 macros were involved.
31754 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31755 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31756 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31757 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31758 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31759 thereof) are also saved.
31761 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31762 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31763 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31764 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31765 for all mode-setting commands inside the macro.
31767 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31768 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31769 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31770 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31771 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31772 outside the construct.
31774 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31775 other settings such as the language mode and the various display modes,
31776 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31778 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31779 @subsection Queries in Keyboard Macros
31781 @c @noindent
31782 @c @kindex Z =
31783 @c @pindex calc-kbd-report
31784 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31785 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31786 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31787 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31788 @c to turn such messages off.
31790 @noindent
31791 @kindex Z #
31792 @pindex calc-kbd-query
31793 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31794 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31795 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31796 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31797 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31798 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31799 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31800 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31801 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31802 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31803 accept numbers or formulas as interactive input.
31805 As an example,
31806 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31807 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31808 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31809 will not be part of the macro.)
31811 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31812 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31813 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31814 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31815 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31816 return control to the keyboard macro.
31818 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31819 @section Invocation Macros
31821 @kindex C-x * z
31822 @kindex Z I
31823 @pindex calc-user-invocation
31824 @pindex calc-user-define-invocation
31825 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31826 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31827 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31828 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31829 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31830 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31831 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31832 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31834 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31835 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31836 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31837 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31838 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31839 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31841 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31842 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31843 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31844 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31845 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31847 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31848 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31849 @xref{General Mode Commands}.
31851 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31852 @section Programming with Formulas
31854 @noindent
31855 @kindex Z F
31856 @pindex calc-user-define-formula
31857 @cindex Programming with algebraic formulas
31858 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31859 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31860 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31861 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31862 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31863 non-numeric arguments.
31865 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31866 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31867 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31868 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31869 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31870 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31871 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31873 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31874 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31875 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31876 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31878 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31879 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31880 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31881 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31882 This is the name you will use if you want to enter your
31883 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31884 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31885 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31886 formula @samp{yow(x,y)}.
31888 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31889 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31890 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31891 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31892 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31893 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31894 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31895 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31896 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31897 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31898 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31899 @expr{b=100} in the definition.
31901 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31902 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31903 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31904 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31905 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31906 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31907 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31909 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31910 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31911 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31912 using the argument list @samp{(a b)}.
31914 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31915 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31916 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31917 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31918 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31919 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31920 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31921 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31922 question.
31924 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31925 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31926 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31927 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31929 @kindex Z G
31930 @pindex calc-get-user-defn
31931 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31932 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31933 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31934 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31935 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31936 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31937 by a @kbd{Z F} command.
31939 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31940 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31941 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31942 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31943 @kbd{C-x k} to
31944 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31945 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31946 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31947 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31949 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31950 In this case it will permanently record all three of the relevant
31951 definitions: the key, the command, and the function.
31953 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31954 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31955 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31956 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31957 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31958 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31959 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31960 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31961 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31963 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31964 @section Programming with Lisp
31966 @noindent
31967 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31968 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31969 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31970 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31971 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31972 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31973 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31974 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31975 will not edit a Lisp-based definition.
31977 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31978 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31979 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31980 to program the Calculator.
31982 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31983 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31984 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31985 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31986 for the true Lisp enthusiast.
31988 @menu
31989 * Defining Functions::
31990 * Defining Simple Commands::
31991 * Defining Stack Commands::
31992 * Argument Qualifiers::
31993 * Example Definitions::
31995 * Calling Calc from Your Programs::
31996 * Internals::
31997 @end menu
31999 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
32000 @subsection Defining New Functions
32002 @noindent
32003 @findex defmath
32004 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
32005 except that code in the body of the definition can make use of the full
32006 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
32007 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
32008 example,
32010 @example
32011 (defmath myfact (n)
32012   (if (> n 0)
32013       (* n (myfact (1- n)))
32014     1))
32015 @end example
32017 @noindent
32018 This actually expands to the code,
32020 @example
32021 (defun calcFunc-myfact (n)
32022   (if (math-posp n)
32023       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
32024     1))
32025 @end example
32027 @noindent
32028 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
32030 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
32031 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
32032 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
32033 factorial function would be written along the following lines:
32035 @smallexample
32036 (defmath myfact (n)
32037   (if (> n 0)
32038       (* n (myfact (1- n)))
32039     (if (= n 0)
32040         1
32041       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
32042 @end smallexample
32044 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
32045 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
32046 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
32047 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
32048 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
32049 efficiently as possible.
32051 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
32052 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
32053 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
32054 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
32055 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
32056 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
32058 For other functions @var{func}, if a function by the name
32059 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
32060 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
32061 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
32062 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
32063 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
32064 always used exactly as written (but not quoted).
32066 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
32067 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
32068 @code{for}, or @code{foreach} form,
32069 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
32070 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
32072 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
32074 @itemize @bullet
32075 @item
32076 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
32077 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
32078 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
32079 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
32080 yields one element of a Calc matrix.
32082 @item
32083 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
32084 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
32085 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
32086 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
32087 in which case the effect is to store into the specified
32088 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
32089 into one element of a matrix.
32091 @item
32092 A @code{for} looping construct is available.  For example,
32093 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
32094 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
32095 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
32096 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
32097 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
32098 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
32099 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
32100 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
32101 that each element of the header is a list of three or four
32102 things, not just two.
32104 @item
32105 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
32106 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
32107 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
32108 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
32109 the initial @code{vec} symbol in the vector.
32111 @item
32112 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
32113 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
32114 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
32115 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
32117 @item
32118 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
32119 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
32120 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
32121 inside the body of the function.
32122 @end itemize
32124 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
32125 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
32126 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
32127 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
32128 formula can go between the quotes.  For example,
32130 @smallexample
32131 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
32132   (and (numberp x)
32133        (exp :"x * 0.5")))
32134 @end smallexample
32136 expands to
32138 @smallexample
32139 (defun calcFunc-sqexp (x)
32140   (and (math-numberp x)
32141        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
32142 @end smallexample
32144 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
32145 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
32146 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
32147 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
32148 step of @code{myfact} could have been written
32150 @example
32151 :"n * myfact(n-1)"
32152 @end example
32154 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
32155 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
32156 @file{~/.emacs.d/calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
32157 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
32158 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
32159 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
32160 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
32161 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
32162 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
32163 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
32164 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
32166 @example
32167 (put 'calc-define 'thing '(progn
32168  (defmath ... )
32169  (defmath ... )
32171 @end example
32173 @noindent
32174 @vindex calc-define
32175 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
32176 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
32177 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
32178 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
32179 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
32180 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
32181 properties are removed as they are evaluated.  The property names
32182 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
32183 name of your project so as not to conflict with other properties.
32185 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
32186 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
32187 that same code in another file which you load by hand either before or
32188 after Calc itself is loaded.
32190 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
32191 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
32192 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
32193 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
32195 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
32196 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
32197 call your function, even if the file defining the property is loaded
32198 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
32199 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
32200 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
32201 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
32202 protect against this situation, you can put
32204 @example
32205 (run-hooks 'calc-check-defines)
32206 @end example
32208 @findex calc-check-defines
32209 @noindent
32210 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
32211 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
32212 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
32213 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
32215 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
32216 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
32217 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
32218 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
32220 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
32221 @subsection Defining New Simple Commands
32223 @noindent
32224 @findex interactive
32225 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
32226 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
32227 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
32228 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
32229 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
32230 the command work in the Calc environment.
32232 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
32233 for normal Emacs Lisp commands:
32235 @smallexample
32236 (defmath increase-precision (delta)
32237   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
32238   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
32239   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
32240 @end smallexample
32242 This expands to the pair of definitions,
32244 @smallexample
32245 (defun calc-increase-precision (delta)
32246   "Increase precision by DELTA."
32247   (interactive "p")
32248   (calc-wrapper
32249    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
32251 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
32252   "Increase precision by DELTA."
32253   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
32254 @end smallexample
32256 @noindent
32257 where in this case the latter function would never really be used!  Note
32258 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
32259 the @code{math-add} function will work just as well as the native
32260 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
32262 @findex calc-wrapper
32263 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
32264 the function with code that looks roughly like this:
32266 @smallexample
32267 (let ((calc-command-flags nil))
32268   (unwind-protect
32269       (save-current-buffer
32270         (calc-select-buffer)
32271         @emph{body of function}
32272         @emph{renumber stack}
32273         @emph{clear} Working @emph{message})
32274     @emph{realign cursor and window}
32275     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
32276     @emph{update Emacs mode line}))
32277 @end smallexample
32279 @findex calc-select-buffer
32280 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
32281 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
32282 the @samp{*Calc Trail*} window.
32284 @findex calc-set-command-flag
32285 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
32286 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
32287 following command flags:
32289 @table @code
32290 @item renum-stack
32291 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
32292 after this command completes.  This is set by routines like
32293 @code{calc-push}.
32295 @item clear-message
32296 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
32297 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
32299 @item no-align
32300 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
32302 @item position-point
32303 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
32304 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
32305 this command finishes.
32307 @item keep-flags
32308 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
32309 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
32311 @item do-edit
32312 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
32314 @item hold-trail
32315 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
32316 there.
32317 @end table
32319 @kindex Y
32320 @kindex Y ?
32321 @vindex calc-Y-help-msgs
32322 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
32323 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
32324 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
32325 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
32326 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
32327 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
32328 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
32329 future versions of Calc.
32331 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
32332 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
32333 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
32334 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
32335 stands for your package, then a third key for the particular command
32336 within your package.
32338 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
32339 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
32340 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
32341 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
32342 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
32343 if necessary without having to modify the file.
32345 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
32346 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
32347 decreases the precision.
32349 @smallexample
32350 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
32351 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
32353 (defvar inc-prec-base-key "P"
32354   "Base key for inc-prec.el commands.")
32356 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
32358 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
32359             'increase-precision)
32360 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
32361             'decrease-precision)
32363 (setq calc-Y-help-msgs
32364       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
32365             calc-Y-help-msgs))
32367 (defmath increase-precision (delta)
32368   "Increase precision by DELTA."
32369   (interactive "p")
32370   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
32372 (defmath decrease-precision (delta)
32373   "Decrease precision by DELTA."
32374   (interactive "p")
32375   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
32377 ))  ; end of calc-define property
32379 (run-hooks 'calc-check-defines)
32380 @end smallexample
32382 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
32383 @subsection Defining New Stack-Based Commands
32385 @noindent
32386 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
32387 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
32389 @example
32390 (interactive @var{num} @var{tag})
32391 @end example
32393 @noindent
32394 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
32395 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
32396 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
32397 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
32398 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
32399 parameters is valid.
32401 Your function must return either a number or a formula in a form
32402 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
32403 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
32404 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
32405 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
32406 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
32408 As an example, the definition
32410 @smallexample
32411 (defmath myfact (n)
32412   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32413   (interactive 1 "fact")
32414   (if (> n 0)
32415       (* n (myfact (1- n)))
32416     (and (= n 0) 1)))
32417 @end smallexample
32419 @noindent
32420 is a version of the factorial function shown previously which can be used
32421 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
32423 @smallexample
32424 (defun calc-myfact ()
32425   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32426   (interactive)
32427   (calc-slow-wrapper
32428    (calc-enter-result 1 "fact"
32429      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
32431 (defun calcFunc-myfact (n)
32432   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32433   (if (math-posp n)
32434       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
32435     (and (math-zerop n) 1)))
32436 @end smallexample
32438 @findex calc-slow-wrapper
32439 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
32440 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
32441 computation begins.  (This message can be turned off by the user
32442 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
32444 @findex calc-top-list-n
32445 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
32446 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
32447 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
32448 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
32450 @findex calc-enter-result
32451 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
32452 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
32453 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
32454 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
32455 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
32456 being pushed are also recorded in the trail.
32458 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
32459 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
32460 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
32461 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
32462 containing the single symbol @code{nil}.
32464 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
32465 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
32466 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
32468 @example
32469 (defmath foo (a b &optional c)
32470   (interactive "p" 2 "foo")
32471   @var{body})
32472 @end example
32474 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
32475 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
32476 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
32478 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
32479 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
32480 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
32481 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
32482 arguments to be used when no prefix is supplied.
32484 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
32485 @subsection Argument Qualifiers
32487 @noindent
32488 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
32489 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
32491 @example
32492 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
32493                &optional @var{param} @var{param...}
32494                &rest @var{param})
32495   @var{body})
32496 @end example
32498 @noindent
32499 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
32501 @example
32502 (@var{qual} @var{param})
32503 @end example
32505 The following qualifiers are recognized:
32507 @table @samp
32508 @item complete
32509 @findex complete
32510 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
32511 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
32512 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
32513 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
32515 @item integer
32516 @findex integer
32517 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
32518 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
32519 formulas are rejected.
32521 @item natnum
32522 @findex natnum
32523 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
32525 @item fixnum
32526 @findex fixnum
32527 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
32528 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
32529 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
32531 @item float
32532 @findex float
32533 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
32534 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
32535 actually rejected by this qualifier.)
32537 @item @var{pred}
32538 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
32539 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
32541 @item not-@var{pred}
32542 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
32543 @end table
32545 For example,
32547 @example
32548 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
32549               &rest (integer d))
32550   @var{body})
32551 @end example
32553 @noindent
32554 expands to
32556 @example
32557 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
32558   (and (math-matrixp b)
32559        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
32560   (or (math-constp b)
32561       (math-reject-arg b 'constp))
32562   (and c (setq c (math-check-float c)))
32563   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
32564   @var{body})
32565 @end example
32567 @noindent
32568 which performs the necessary checks and conversions before executing the
32569 body of the function.
32571 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
32572 @subsection Example Definitions
32574 @noindent
32575 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
32576 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
32577 @pxref{Internals}.
32579 @menu
32580 * Bit Counting Example::
32581 * Sine Example::
32582 @end menu
32584 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
32585 @subsubsection Bit-Counting
32587 @noindent
32588 @ignore
32589 @starindex
32590 @end ignore
32591 @tindex bcount
32592 Calc does not include a built-in function for counting the number of
32593 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
32594 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
32595 that set; let's write a function that counts the bits without having to
32596 create an intermediate set.
32598 @smallexample
32599 (defmath bcount ((natnum n))
32600   (interactive 1 "bcnt")
32601   (let ((count 0))
32602     (while (> n 0)
32603       (if (oddp n)
32604           (setq count (1+ count)))
32605       (setq n (lsh n -1)))
32606     count))
32607 @end smallexample
32609 @noindent
32610 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32611 Emacs Lisp function:
32613 @smallexample
32614 (defun calcFunc-bcount (n)
32615   (setq n (math-check-natnum n))
32616   (let ((count 0))
32617     (while (math-posp n)
32618       (if (math-oddp n)
32619           (setq count (math-add count 1)))
32620       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32621     count))
32622 @end smallexample
32624 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32625 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32626 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32627 involve actual division.
32629 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32630 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32631 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32632 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32633 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32635 @smallexample
32636 (defmath bcount ((natnum n))
32637   (interactive 1 "bcnt")
32638   (let ((count 0))
32639     (while (not (fixnump n))
32640       (let ((qr (idivmod n 512)))
32641         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32642               n (car qr))))
32643     (+ count (bcount-fixnum n))))
32645 (defun bcount-fixnum (n)
32646   (let ((count 0))
32647     (while (> n 0)
32648       (setq count (+ count (logand n 1))
32649             n (lsh n -1)))
32650     count))
32651 @end smallexample
32653 @noindent
32654 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32655 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32656 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32657 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32658 uses.
32660 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32661 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32662 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32663 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32664 actually they are less efficient because each operation is really
32665 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32666 same thing with a single division by 512.
32668 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
32669 @subsubsection The Sine Function
32671 @noindent
32672 @ignore
32673 @starindex
32674 @end ignore
32675 @tindex mysin
32676 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32677 well-known Taylor series expansion for
32678 @texline @math{\sin x}:
32679 @infoline @samp{sin(x)}:
32681 @smallexample
32682 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32683   (interactive 1 "mysn")
32684   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32685   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32686         newsum
32687         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32688         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32689     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32690       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32691       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32692             x (* x xnegsqr)
32693             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32694       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32695           (break))           ;  then we are done.
32696       (setq sum newsum))
32697     sum))
32698 @end smallexample
32700 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32701 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32702 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32703 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32704 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32705 by a separate algorithm.
32707 @smallexample
32708 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32709   (interactive 1 "mysn")
32710   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32711   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32712     (cond ((complexp x)
32713            (mysin-complex x))
32714           ((< x 0)
32715            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32716           (t (mysin-raw x))))))
32718 (defmath mysin-raw (x)
32719   (cond ((>= x 7)
32720          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32721         ((> x (pi-over-2))
32722          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32723         ((> x (pi-over-4))
32724          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32725         ((< x (- (pi-over-4)))
32726          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32727         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32728 @end smallexample
32730 @noindent
32731 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32732 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32733 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32734 @code{mysin-raw} for cosines.
32736 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32737 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32738 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32739 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32740 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32741 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32742 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32743 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32744 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32745 that this rule misses.
32747 If a program is being written for general use, it is important to code
32748 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32749 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32750 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32752 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32753 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32755 @noindent
32756 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32757 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32758 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32759 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32760 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32761 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32762 much simpler to use!
32764 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32765 options, but they all stem from one simple operation.
32767 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32768 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32769 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32771 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32772 functions, you don't need to make any special preparations to load
32773 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32774 loaded and initialized for you.
32776 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32777 evaluating the expression and formatting the result.
32779 @ifinfo
32780 @example
32782 @end example
32783 @end ifinfo
32784 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32786 @noindent
32787 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32788 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32789 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32790 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32792 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32793 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32794 one by one below.
32796 You can give additional arguments to be substituted for
32797 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32798 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32799 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32800 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32801 used as a placeholder for the item-separator argument.
32803 @ifinfo
32804 @example
32806 @end example
32807 @end ifinfo
32808 @subsubsection Error Handling
32810 @noindent
32811 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32812 the character position of the error, plus a suitable message as a
32813 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32814 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32815 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32816 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32818 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32819 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32820 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32821 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32823 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32824 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32825 ignored.
32827 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32828 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32829 it permanently with @code{setq}.
32831 @ifinfo
32832 @example
32834 @end example
32835 @end ifinfo
32836 @subsubsection Numbers Only
32838 @noindent
32839 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32840 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32841 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32842 that are not constants are treated as errors.  The error message
32843 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32844 or otherwise ``Number expected.''
32846 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32847 object that does not include variables or function calls.  If it
32848 is a vector, the components must themselves be constants.
32850 @ifinfo
32851 @example
32853 @end example
32854 @end ifinfo
32855 @subsubsection Default Modes
32857 @noindent
32858 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32859 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32860 various Calc modes to their default values while the formula is
32861 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32862 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32863 mode is used.
32865 This same principle applies to the other options discussed below.
32866 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32867 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32869 If there are other elements in the list, they are taken as
32870 variable-name/value pairs which override the default mode
32871 settings.  Look at the documentation at the front of the
32872 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32873 the various modes.  The mode settings are restored to their
32874 original values when @code{calc-eval} is done.
32876 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32877 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32878 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32879 of the default of 12.
32881 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32882 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32883 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32884 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32885 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32887 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32888 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32889 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32890 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32891 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32892 see ``Predicates'' mode, below.)
32894 @ifinfo
32895 @example
32897 @end example
32898 @end ifinfo
32899 @subsubsection Raw Numbers
32901 @noindent
32902 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32903 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32904 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32905 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32906 from one @code{calc-eval} to the next.
32908 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32909 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32910 how these objects look in the following sections, but usually you can
32911 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32912 structure.
32914 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32915 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32916 an error if that object is not a constant).
32918 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32919 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32920 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32921 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32922 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32923 function in Calc, if you can remember its name.
32925 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32926 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32927 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32928 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32930 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32931 to format it as a string.
32933 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32934 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32935 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32937 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32938 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32939 various kinds of error returns discussed above.
32941 @ifinfo
32942 @example
32944 @end example
32945 @end ifinfo
32946 @subsubsection Predicates
32948 @noindent
32949 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32950 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32951 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32952 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32954 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32955 one value is less than another.
32957 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32958 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32959 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32960 wish to have an error register as ``false'', use something like
32961 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32963 @ifinfo
32964 @example
32966 @end example
32967 @end ifinfo
32968 @subsubsection Variable Values
32970 @noindent
32971 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32972 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32973 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32974 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32975 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32976 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32977 will return @code{"7.14159265359"}.
32979 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32980 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32981 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32982 understand either string or raw form values stored in variables,
32983 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32984 to increment the Calc variable @code{a}:
32986 @example
32987 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32988 @end example
32990 @ifinfo
32991 @example
32993 @end example
32994 @end ifinfo
32995 @subsubsection Stack Access
32997 @noindent
32998 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32999 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
33000 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
33001 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
33002 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
33003 usual way).
33005 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
33006 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
33007 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
33008 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
33009 is the number of elements remaining in the stack after popping;
33010 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
33011 the stack.
33013 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
33014 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
33015 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
33016 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
33017 integer is out of range, @code{nil} is returned.
33019 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
33020 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
33021 as a string.
33023 In all of these cases the first argument can be made a list in
33024 order to force the default mode settings, as described above.
33025 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
33026 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
33027 instead of current display modes, except that the radix is
33028 hexadecimal instead of decimal.
33030 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
33031 found it when you are done, unless the user of your program is
33032 actually expecting it to affect the stack.
33034 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
33035 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
33036 the stack buffer if necessary.
33038 @ifinfo
33039 @example
33041 @end example
33042 @end ifinfo
33043 @subsubsection Keyboard Macros
33045 @noindent
33046 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
33047 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
33048 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
33049 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
33050 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
33051 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
33052 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
33054 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
33055 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
33056 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
33057 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
33058 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
33060 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
33061 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
33062 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
33064 The return value in this case is always @code{nil}.
33066 @ifinfo
33067 @example
33069 @end example
33070 @end ifinfo
33071 @subsubsection Lisp Evaluation
33073 @noindent
33074 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
33075 @code{eval} function is called on the first argument, which must
33076 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
33077 quote the expression so that it is not evaluated until inside
33078 @code{calc-eval}.
33080 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
33081 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
33082 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
33083 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
33085 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
33086 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
33087 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
33088 Note that this function will leave a message in the echo area as
33089 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
33090 automatically if not invoked from there, so the above call is
33091 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
33092 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
33093 your original buffer when it is done.
33095 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
33096 expression to use default instead of current mode settings.
33098 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
33099 returned by the evaluated Lisp expression.
33101 @ifinfo
33102 @example
33104 @end example
33105 @end ifinfo
33106 @subsubsection Example
33108 @noindent
33109 @findex convert-temp
33110 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
33111 you have a document with lots of references to temperatures on the
33112 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
33113 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
33114 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
33115 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
33116 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
33118 @example
33119 (defun convert-temp ()
33120   (interactive)
33121   (save-excursion
33122     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
33123     (let* ((top1 (match-beginning 1))
33124            (bot1 (match-end 1))
33125            (number (buffer-substring top1 bot1))
33126            (top2 (match-beginning 2))
33127            (bot2 (match-end 2))
33128            (type (buffer-substring top2 bot2)))
33129       (if (equal type "F")
33130           (setq type "C"
33131                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
33132         (setq type "F"
33133               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
33134       (goto-char top2)
33135       (delete-region top2 bot2)
33136       (insert-before-markers type)
33137       (goto-char top1)
33138       (delete-region top1 bot1)
33139       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
33140           (setq number (substring number 0 -1)))
33141       (insert number))))
33142 @end example
33144 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
33145 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
33146 instead of after it.
33148 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
33149 @subsection Calculator Internals
33151 @noindent
33152 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
33153 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
33154 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
33155 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
33156 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
33157 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
33158 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
33159 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
33161 The functions described here are scattered throughout the various
33162 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
33163 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
33164 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
33165 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
33166 in the remaining component files.
33168 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
33169 generally always executes with the extensions already loaded, so
33170 normally you can use any Calc function and be confident that it will
33171 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
33172 special, check carefully to make sure each function you are using is
33173 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
33174 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
33175 prove this file will already be loaded.
33177 @menu
33178 * Data Type Formats::
33179 * Interactive Lisp Functions::
33180 * Stack Lisp Functions::
33181 * Predicates::
33182 * Computational Lisp Functions::
33183 * Vector Lisp Functions::
33184 * Symbolic Lisp Functions::
33185 * Formatting Lisp Functions::
33186 * Hooks::
33187 @end menu
33189 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
33190 @subsubsection Data Type Formats
33192 @noindent
33193 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
33194 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
33195 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
33196 which is not a Lisp list.
33198 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
33199 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
33200 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
33201 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
33202 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
33203 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
33204 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
33206 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
33207 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
33208 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
33209 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
33210 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
33211 and large integers are called @dfn{bignums}.
33213 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
33214 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
33215 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
33216 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
33217 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
33218 are normalized by negating the numerator and denominator.
33220 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
33221 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
33222 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
33223 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
33224 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
33225 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
33226 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
33227 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
33228 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
33229 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
33231 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
33232 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
33233 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
33234 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
33235 components are converted to real numbers automatically.
33237 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
33238 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
33239 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
33240 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
33241 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
33242 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
33243 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
33244 negative real number.)
33246 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
33247 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
33248 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
33249 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
33250 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
33252 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
33253 a real number that counts days since midnight on the morning of
33254 January 1, 1 AD@.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
33255 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
33257 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
33258 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
33259 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
33261 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
33262 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
33263 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
33264 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
33265 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
33266 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
33268 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
33269 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
33270 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
33271 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
33272 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
33273 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
33274 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
33275 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
33276 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
33277 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
33279 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
33280 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
33281 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
33282 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
33283 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
33284 generally unused by Calc data structures.
33286 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
33287 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
33288 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
33289 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
33290 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
33291 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
33292 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
33293 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
33294 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
33295 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
33296 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
33297 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
33298 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
33299 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
33300 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
33301 which represent units are not stored in any special way; they are units
33302 only because their names appear in the units table.  If the value
33303 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
33304 the variable is used.
33306 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
33307 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
33308 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
33309 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
33310 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
33311 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
33312 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
33313 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
33314 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
33315 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
33316 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
33317 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
33318 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
33319 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
33320 object which represents their value, or a list of such objects if they
33321 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
33322 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
33323 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
33324 and is not used by any built-in Calc functions.)
33326 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
33327 @subsubsection Interactive Functions
33329 @noindent
33330 The functions described here are used in implementing interactive Calc
33331 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
33332 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
33333 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
33335 @defun calc-set-command-flag flag
33336 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
33337 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
33338 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
33339 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
33340 @end defun
33342 @defun calc-clear-command-flag flag
33343 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
33344 remove it from that list.
33345 @end defun
33347 @defun calc-record-undo rec
33348 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
33349 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
33350 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
33351 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
33352 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
33353 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
33354 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
33355 contains the variable's value) was stored and its previous value was
33356 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
33357 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
33358 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
33359 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
33360 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
33361 @end defun
33363 @defun calc-record-why msg args
33364 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
33365 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
33366 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
33367 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
33368 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
33369 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
33370 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
33371 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
33372 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
33373 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
33374 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
33375 automatically; @pxref{Predicates}.
33376 @end defun
33378 @defun calc-is-inverse
33379 This predicate returns true if the current command is inverse,
33380 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
33381 @end defun
33383 @defun calc-is-hyperbolic
33384 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
33385 @end defun
33387 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
33388 @subsubsection Stack-Oriented Functions
33390 @noindent
33391 The functions described here perform various operations on the Calc
33392 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
33394 @defun calc-push-list vals n
33395 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
33396 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
33397 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
33398 elements will be inserted into the stack so that the last element will
33399 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
33400 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
33401 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
33402 is an empty list, nothing happens.
33404 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
33405 You can give an optional third argument to this function, which must
33406 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
33407 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
33408 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
33409 @end defun
33411 @defun calc-top-list n m
33412 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
33413 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
33414 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
33415 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
33416 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
33417 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
33418 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
33419 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
33420 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
33421 evaluated, rounded, or renormalized.
33423 If any stack elements contain selections, and selections have not
33424 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
33425 this function returns the selected portions rather than the entire
33426 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
33427 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
33428 a selection in any of the requested stack elements produces an
33429 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
33430 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
33431 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
33432 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
33433 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
33434 list form is returned; the first element of this list will be the whole
33435 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
33436 @end defun
33438 @defun calc-pop-stack n m
33439 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
33440 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
33441 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
33443 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
33444 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
33445 error without changing the stack.  If you supply an optional third
33446 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
33447 contain selections.
33448 @end defun
33450 @defun calc-record-list vals tag
33451 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
33452 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
33453 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
33454 will be used.
33455 @end defun
33457 @defun calc-normalize n
33458 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
33459 least this involves re-rounding floating-point values according to the
33460 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
33461 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
33462 actually evaluating a formula object by executing the function calls
33463 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
33464 @end defun
33466 @defun calc-top-list-n n m
33467 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
33468 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
33469 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
33470 objects will be rejected with an error message.  All computational
33471 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
33472 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
33473 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
33474 This function accepts the same optional selection-mode argument as
33475 @code{calc-top-list}.
33476 @end defun
33478 @defun calc-top-n m
33479 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
33480 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
33481 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
33482 @end defun
33484 @defun calc-enter-result n tag vals
33485 This function is a convenient interface to most of the above functions.
33486 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
33487 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
33488 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
33489 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
33490 A typical stack-based computational command would take the form,
33492 @smallexample
33493 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
33494                                (calc-top-list-n @var{n})))
33495 @end smallexample
33497 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
33498 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
33499 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
33500 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
33501 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
33502 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
33503 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
33504 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
33505 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
33506 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
33507 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
33508 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
33509 are present.
33510 @end defun
33512 @defun calc-unary-op tag func arg
33513 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
33514 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
33515 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
33516 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
33517 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
33519 @smallexample
33520 (defun calc-zeta (arg)
33521   (interactive "P")
33522   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
33523 @end smallexample
33524 @end defun
33526 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
33527 This function implements a binary operator, analogously to
33528 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
33529 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
33530 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
33531 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
33532 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
33533 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
33534 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
33535 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
33536 stack elements; when the argument is negative, the function is
33537 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
33538 top element.
33539 @end defun
33541 @defun calc-stack-size
33542 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
33543 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
33544 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
33545 @end defun
33547 @defun calc-cursor-stack-index n
33548 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
33549 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
33550 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
33551 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
33552 line number, not the stack entry itself.
33553 @end defun
33555 @defun calc-substack-height n
33556 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
33557 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
33558 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
33559 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
33560 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
33561 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
33562 entries.)
33563 @end defun
33565 @defun calc-refresh
33566 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
33567 This must be called after changing any parameter, such as the current
33568 display radix, which might change the appearance of existing stack
33569 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
33570 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
33571 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
33572 @end defun
33574 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
33575 @subsubsection Predicates
33577 @noindent
33578 The functions described here are predicates, that is, they return a
33579 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
33580 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
33581 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
33582 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
33583 the full range of Calc data types.
33585 @defun zerop x
33586 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
33587 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
33588 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
33589 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
33590 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
33591 @end defun
33593 @defun negp x
33594 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
33595 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
33596 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
33597 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
33598 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
33599 @end defun
33601 @defun posp x
33602 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
33603 numbers, none of these three predicates will return true.
33604 @end defun
33606 @defun looks-negp x
33607 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
33608 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
33609 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33610 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33611 @end defun
33613 @defun integerp x
33614 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33615 @end defun
33617 @defun fixnump x
33618 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33619 @end defun
33621 @defun natnump x
33622 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33623 @end defun
33625 @defun fixnatnump x
33626 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33627 @end defun
33629 @defun num-integerp x
33630 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33631 true integer or a float with no significant digits to the right of
33632 the decimal point.
33633 @end defun
33635 @defun messy-integerp x
33636 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33637 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33638 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33639 @end defun
33641 @defun num-natnump x
33642 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33643 @end defun
33645 @defun evenp x
33646 Returns true if @var{x} is an even integer.
33647 @end defun
33649 @defun looks-evenp x
33650 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33651 multiplicative coefficient which is an even integer.
33652 @end defun
33654 @defun oddp x
33655 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33656 @end defun
33658 @defun ratp x
33659 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33660 fraction.
33661 @end defun
33663 @defun realp x
33664 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33665 or floating-point number.
33666 @end defun
33668 @defun anglep x
33669 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33670 @end defun
33672 @defun floatp x
33673 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33674 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33675 is a float.
33676 @end defun
33678 @defun complexp x
33679 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33680 (but not a real number).
33681 @end defun
33683 @defun rect-complexp x
33684 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33685 @end defun
33687 @defun polar-complexp x
33688 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33689 @end defun
33691 @defun numberp x
33692 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33693 @end defun
33695 @defun scalarp x
33696 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33697 @end defun
33699 @defun vectorp x
33700 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33701 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33702 @end defun
33704 @defun numvecp x
33705 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33706 @end defun
33708 @defun matrixp x
33709 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33710 all of the same size.
33711 @end defun
33713 @defun square-matrixp x
33714 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33715 @end defun
33717 @defun objectp x
33718 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33719 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33720 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33721 as their components; see @code{constp} below.)
33722 @end defun
33724 @defun objvecp x
33725 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33726 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33727 mentioned above for @code{objectp}).
33728 @end defun
33730 @defun primp x
33731 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33732 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33733 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33734 and intervals.
33735 @end defun
33737 @defun constp x
33738 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33739 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33740 components are @code{constp}.
33741 @end defun
33743 @defun lessp x y
33744 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33745 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33746 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33747 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33748 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33749 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33750 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33751 @end defun
33753 @defun beforep x y
33754 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33755 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33756 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33757 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33758 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33759 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33760 by Calc's algebraic simplifications to put the terms of a product into
33761 canonical order: This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to
33762 @samp{2 x y}.
33763 @end defun
33765 @defun equal x y
33766 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33767 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33768 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33769 0 and 0.0 as different.
33770 @end defun
33772 @defun math-equal x y
33773 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33774 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33775 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33776 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33777 @end defun
33779 @defun equal-int x n
33780 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33781 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33782 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33783 whenever possible.
33784 @end defun
33786 @defun nearly-equal x y
33787 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33788 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33789 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33790 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33791 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33792 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33793 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33794 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33795 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33796 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33797 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33798 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33799 @end defun
33801 @defun nearly-zerop x y
33802 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33803 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33804 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33805 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33806 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33807 @var{y} must be real.
33808 @end defun
33810 @defun is-true x
33811 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33812 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33813 or a provably non-zero formula.
33814 @end defun
33816 @defun reject-arg val pred
33817 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33818 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33819 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33820 function call which led here will be left in symbolic form.
33821 @end defun
33823 @defun inexact-value
33824 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33825 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33826 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33827 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33828 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33829 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33830 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33831 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33832 @end defun
33834 @defun overflow
33835 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33836 @end defun
33838 @defun underflow
33839 This signals a floating-point underflow.
33840 @end defun
33842 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33843 @subsubsection Computational Functions
33845 @noindent
33846 The functions described here do the actual computational work of the
33847 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33848 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33849 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33850 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33851 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33852 is the actual Lisp function for taking square roots.
33854 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33855 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33856 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33857 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33858 respectively, instead.
33860 @defun normalize val
33861 (Full form: @code{math-normalize}.)
33862 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33863 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33864 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33865 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33866 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33867 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33868 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33869 return 6.
33871 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33872 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33873 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33874 the formula still in symbolic form.
33876 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33877 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33878 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33879 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33880 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33881 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33882 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33883 on the stack.
33884 @end defun
33886 @defun evaluate-expr expr
33887 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33888 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33889 when you press the @kbd{=} key interactively.
33890 @end defun
33892 @defmac with-extra-prec n body
33893 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33894 digits.  This is a macro which expands to
33896 @smallexample
33897 (math-normalize
33898   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33899     @var{body}))
33900 @end smallexample
33902 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33903 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33904 is important because some arithmetic operations assume a number's
33905 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33906 @end defmac
33908 @defun make-frac n d
33909 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33910 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33911 @end defun
33913 @defun make-float mant exp
33914 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33915 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33916 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33917 if @var{exp} is out of range.
33918 @end defun
33920 @defun make-sdev x sigma
33921 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33922 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33923 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33924 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33925 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33926 @end defun
33928 @defun make-intv mask lo hi
33929 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33930 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33931 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33932 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33933 @end defun
33935 @defun sort-intv mask lo hi
33936 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33937 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33938 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33939 @end defun
33941 @defun make-mod n m
33942 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33943 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33944 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33945 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33946 @end defun
33948 @defun float x
33949 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33950 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33951 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33952 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33953 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33954 @end defun
33956 @defun compare x y
33957 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33958 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33959 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33960 undefined or cannot be determined.
33961 @end defun
33963 @defun numdigs n
33964 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33965 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33966 considered to have zero digits.
33967 @end defun
33969 @defun scale-int x n
33970 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33971 digits with truncation toward zero.
33972 @end defun
33974 @defun scale-rounding x n
33975 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33976 integer rather than truncating.
33977 @end defun
33979 @defun fixnum n
33980 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33981 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33982 24 binary bits) the result is undefined.
33983 @end defun
33985 @defun sqr x
33986 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33987 @end defun
33989 @defun quotient x y
33990 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33991 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33992 direction of rounding is undefined.
33993 @end defun
33995 @defun idiv x y
33996 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33997 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33998 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33999 slower than for @code{quotient}.
34000 @end defun
34002 @defun imod x y
34003 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
34004 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
34005 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
34006 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
34007 @end defun
34009 @defun idivmod x y
34010 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
34011 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
34012 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
34013 @end defun
34015 @defun pow x y
34016 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
34017 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
34018 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
34019 @end defun
34021 @defun abs-approx x
34022 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
34023 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
34024 the absolute values of the components.
34025 @end defun
34027 @findex e
34028 @findex gamma-const
34029 @findex ln-2
34030 @findex ln-10
34031 @findex phi
34032 @findex pi-over-2
34033 @findex pi-over-4
34034 @findex pi-over-180
34035 @findex sqrt-two-pi
34036 @findex sqrt-e
34037 @findex two-pi
34038 @defun pi
34039 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
34040 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
34041 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
34042 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
34043 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
34044 current precision, and each uses caching so that all calls after the
34045 first are essentially free.
34046 @end defun
34048 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
34049 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
34050 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
34051 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
34052 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
34053 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
34054 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
34055 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
34056 with the current precision increased by four, and the result minus its
34057 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
34058 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
34059 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
34060 again to 30 digits for use in the present request.
34061 @end defmac
34063 @findex half-circle
34064 @findex quarter-circle
34065 @defun full-circle symb
34066 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
34067 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
34068 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
34069 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
34070 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
34071 @end defun
34073 @defun power-of-2 n
34074 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
34075 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
34076 particular @var{n} is expensive.
34077 @end defun
34079 @defun integer-log2 n
34080 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
34081 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
34082 return @code{nil}.
34083 @end defun
34085 @defun div-mod a b m
34086 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
34087 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
34088 @end defun
34090 @defun pow-mod a b m
34091 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
34092 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
34093 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
34094 @end defun
34096 @defun isqrt n
34097 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
34098 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
34099 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
34100 @end defun
34102 @defun to-hms a ang
34103 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
34104 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
34105 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
34106 is already an HMS form it is returned as-is.
34107 @end defun
34109 @defun from-hms a ang
34110 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
34111 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
34112 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
34113 is returned as-is.
34114 @end defun
34116 @defun to-radians a
34117 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
34118 angular mode.
34119 @end defun
34121 @defun from-radians a
34122 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
34123 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
34124 @end defun
34126 @defun to-radians-2 a
34127 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
34128 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
34129 @end defun
34131 @defun from-radians-2 a
34132 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
34133 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
34134 @end defun
34136 @defun random-digit
34137 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
34138 @end defun
34140 @defun random-digits n
34141 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
34142 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
34143 @end defun
34145 @defun random-float
34146 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
34147 @end defun
34149 @defun prime-test n iters
34150 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
34151 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
34152 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
34153 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
34154 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
34155 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
34156 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
34157 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
34158 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
34159 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
34160 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
34161 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
34162 @code{prime-test} remembers where it left off.
34163 @end defun
34165 @defun to-simple-fraction f
34166 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
34167 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
34168 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
34169 fast.
34170 @end defun
34172 @defun to-fraction f tol
34173 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
34174 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
34175 function @code{frac}, and can be rather slow.
34176 @end defun
34178 @defun quarter-integer n
34179 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
34180 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
34181 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
34182 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
34183 returns @code{nil}.
34184 @end defun
34186 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
34187 @subsubsection Vector Functions
34189 @noindent
34190 The functions described here perform various operations on vectors and
34191 matrices.
34193 @defun math-concat x y
34194 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
34195 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
34196 @end defun
34198 @defun vec-length v
34199 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
34200 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
34201 rows in the matrix.
34202 @end defun
34204 @defun mat-dimens m
34205 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
34206 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
34207 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
34208 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
34209 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
34210 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
34211 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
34212 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
34213 elements.
34214 @end defun
34216 @defun dimension-error
34217 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
34218 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
34219 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
34220 @end defun
34222 @defun build-vector args
34223 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
34224 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
34225 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
34226 @end defun
34228 @defun make-vec obj dims
34229 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
34230 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
34231 filled with 27's.
34232 @end defun
34234 @defun row-matrix v
34235 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
34236 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
34237 leave it alone.
34238 @end defun
34240 @defun col-matrix v
34241 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
34242 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
34243 already a matrix, leave it alone.
34244 @end defun
34246 @defun map-vec f v
34247 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
34248 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
34249 of vector @var{v}.
34250 @end defun
34252 @defun map-vec-2 f a b
34253 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
34254 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
34255 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
34256 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
34257 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
34258 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
34259 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
34260 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
34261 just where they are in the function position of a Lisp expression.
34262 @end defun
34264 @defun reduce-vec f v
34265 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
34266 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
34267 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
34268 @end defun
34270 @defun reduce-cols f m
34271 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
34272 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
34273 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
34274 @end defun
34276 @defun mat-row m n
34277 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
34278 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
34279 (@xref{Extracting Elements}.)
34280 @end defun
34282 @defun mat-col m n
34283 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
34284 The arguments are not checked for correctness.
34285 @end defun
34287 @defun mat-less-row m n
34288 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
34289 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
34290 @end defun
34292 @defun mat-less-col m n
34293 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
34294 @end defun
34296 @defun transpose m
34297 Return the transpose of matrix @var{m}.
34298 @end defun
34300 @defun flatten-vector v
34301 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
34302 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
34303 @end defun
34305 @defun copy-matrix m
34306 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
34307 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
34308 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
34309 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
34310 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
34311 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
34312 @end defun
34314 @defun swap-rows m r1 r2
34315 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
34316 other words, unlike most of the other functions described here, this
34317 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
34318 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
34319 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
34320 @var{m}.
34321 @end defun
34323 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
34324 @subsubsection Symbolic Functions
34326 @noindent
34327 The functions described here operate on symbolic formulas in the
34328 Calculator.
34330 @defun calc-prepare-selection num
34331 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
34332 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
34333 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
34334 useful information about the current stack entry into a set of
34335 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
34336 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
34337 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
34338 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
34339 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
34340 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
34341 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
34342 their corresponding sub-formulas.
34344 A slight complication arises in the selection mechanism because
34345 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
34346 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
34347 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
34348 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
34349 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
34350 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
34351 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
34352 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
34353 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
34354 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
34355 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
34356 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
34357 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
34358 @end defun
34360 @defun calc-encase-atoms x
34361 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
34362 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
34363 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
34364 the formula in-place.
34365 @end defun
34367 @defun calc-find-selected-part
34368 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
34369 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
34370 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
34371 formula, this returns @code{nil}.
34372 @end defun
34374 @defun calc-change-current-selection selection
34375 Change the currently prepared stack element's selection to
34376 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
34377 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
34378 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
34379 to reflect the new selection.
34380 @end defun
34382 @defun calc-find-nth-part expr n
34383 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
34384 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
34385 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
34386 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
34387 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
34388 @end defun
34390 @defun calc-find-parent-formula expr part
34391 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
34392 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
34393 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
34394 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
34395 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
34396 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
34397 This function does not take associativity into account.
34398 @end defun
34400 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
34401 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
34402 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
34403 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
34404 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
34405 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
34406 return the whole expression.
34407 @end defun
34409 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
34410 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
34411 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
34412 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
34413 has been used, this simply returns @var{part}.
34414 @end defun
34416 @defun calc-find-sub-formula expr part
34417 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
34418 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
34419 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
34420 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
34421 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
34422 function does not take associativity into account.
34423 @end defun
34425 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
34426 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
34427 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
34428 @end defun
34430 @defun simplify expr
34431 Simplify the expression @var{expr} by applying Calc's algebraic
34432 simplifications.  This  always returns a copy of the expression; the
34433 structure @var{expr} points to remains unchanged in memory.
34435 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
34436 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
34437 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
34438 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
34439 each level, any simplifications that can be made are made until no
34440 further changes are possible.  Once the entire formula has been
34441 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
34442 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
34443 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
34444 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
34445 needed: one to simplify the formula, and another to verify that no
34446 further simplifications were possible.
34447 @end defun
34449 @defun simplify-extended expr
34450 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
34451 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
34452 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
34453 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
34454 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
34455 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
34456 Dangerous simplification rules are written to check this variable
34457 before taking any action.
34458 @end defun
34460 @defun simplify-units expr
34461 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
34462 whenever possible.  This works by binding the variable
34463 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
34464 @end defun
34466 @defmac math-defsimplify funcs body
34467 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
34468 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
34469 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
34470 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
34471 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
34472 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
34473 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
34474 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
34475 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
34476 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
34477 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
34478 If the function body returns something different, that new formula is
34479 substituted for @var{expr} in the original formula.
34481 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
34482 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
34483 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
34484 function will not have a chance to trigger until the next iteration
34485 of the main @code{simplify} loop.
34487 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
34488 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
34489 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
34490 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
34492 The arguments of a function call will already have been simplified
34493 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
34494 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
34495 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
34496 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
34498 @smallexample
34499 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
34500   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
34501            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
34502                            (math-neg (nth 1 expr)))))
34503       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
34504            (or math-living-dangerously
34505                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
34506            (nth 1 (nth 1 expr)))))
34507 @end smallexample
34509 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
34510 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
34511 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
34512 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
34513 @end defmac
34515 @defun common-constant-factor expr
34516 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
34517 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
34518 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
34519 3 is a common factor of all the terms.
34520 @end defun
34522 @defun cancel-common-factor expr factor
34523 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
34524 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
34525 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
34526 it is being used by a simplification rule (where such things are
34527 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
34528 square roots:
34530 @smallexample
34531 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
34532   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
34533     (and fac (not (eq fac 1))
34534          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
34535                    (math-normalize
34536                     (list 'calcFunc-sqrt
34537                           (math-cancel-common-factor
34538                            (nth 1 expr) fac)))))))
34539 @end smallexample
34540 @end defun
34542 @defun frac-gcd a b
34543 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
34544 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
34545 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
34546 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
34547 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
34548 @end defun
34550 @defun map-tree func expr many
34551 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
34552 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
34553 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
34554 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
34555 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
34556 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
34557 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
34558 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
34559 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
34560 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
34561 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
34562 default, as described above, is infinitely many times.
34563 @end defun
34565 @defun compile-rewrites rules
34566 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
34567 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
34568 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
34569 for that same variable can return immediately.  If there are problems
34570 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
34571 message.
34572 @end defun
34574 @defun apply-rewrites expr crules heads
34575 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
34576 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
34577 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
34578 matched, or if the only rules that matched did not actually change
34579 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
34580 it should be a list of all function names that (may) appear in
34581 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
34582 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
34583 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
34584 down to just a few rules in the rule set.
34585 @end defun
34587 @defun rewrite-heads expr
34588 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
34589 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
34590 @end defun
34592 @defun rewrite expr rules many
34593 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
34594 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
34595 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
34596 times.
34597 @end defun
34599 @defun match-patterns pat vec not-flag
34600 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
34601 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
34602 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
34603 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
34604 @end defun
34606 @defun deriv expr var value symb
34607 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
34608 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
34609 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
34610 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
34611 functions for which no derivative formula is known, new derivative
34612 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34613 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of nondifferentiable
34614 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34615 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34617 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34618 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34619 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34620 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34621 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34622 original function call that is being differentiated.  It should return
34623 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34624 is defined by
34626 @smallexample
34627 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34628      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34629 @end smallexample
34631 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34632 @smallexample
34633 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34634      (function (lambda (x b) ... )))
34635 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34636      (function (lambda (x b) ... )))
34637 @end smallexample
34638 @end defun
34640 @defun tderiv expr var value symb
34641 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34642 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34643 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34644 @end defun
34646 @defun integ expr var low high
34647 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34648 @xref{Calculus}, for further details.
34649 @end defun
34651 @defmac math-defintegral funcs body
34652 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34653 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34654 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34655 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34656 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34657 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34658 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34659 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34660 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34661 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34663 @smallexample
34664 (math-defintegral calcFunc-conj
34665   (let ((int (math-integral u)))
34666     (and int
34667          (list 'calcFunc-conj int))))
34669 (math-defintegral calcFunc-cos
34670   (and (equal u math-integ-var)
34671        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34672 @end smallexample
34674 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34675 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34676 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34677 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34678 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34679 result.
34680 @end defmac
34682 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34683 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34684 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34685 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34686 @var{v}.
34687 @end defmac
34689 @defun solve-for lhs rhs var full
34690 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34691 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34692 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34693 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34694 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34695 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34696 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34697 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34698 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34699 as properties in a manner similar to derivatives:
34701 @smallexample
34702 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34703      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34704 @end smallexample
34706 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34707 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34708 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34709 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34710 if the caller requested a non-``full'' solution.
34711 @end defun
34713 @defun solve-eqn expr var full
34714 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34715 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34716 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34717 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34718 @end defun
34720 @defun solve-system exprs vars full
34721 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34722 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34723 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34724 @end defun
34726 @defun expr-contains expr var
34727 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34728 of @var{expr}.
34730 This function might seem at first to be identical to
34731 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34732 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34733 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34734 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34735 @code{eq} to each other.
34736 @end defun
34738 @defun expr-contains-count expr var
34739 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34740 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34741 @end defun
34743 @defun expr-depends expr var
34744 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34745 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34746 in common.
34747 @end defun
34749 @defun expr-contains-vars expr
34750 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34751 contains only constants and functions with constant arguments.
34752 @end defun
34754 @defun expr-subst expr old new
34755 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34756 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34757 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34758 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34759 @end defun
34761 @defun multi-subst expr old new
34762 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34763 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34764 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34765 are ignored.
34766 @end defun
34768 @defun expr-weight expr
34769 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34770 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34771 ``primitive'' objects, this will be one.
34772 @end defun
34774 @defun expr-height expr
34775 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34776 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34777 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34778 @end defun
34780 @defun polynomial-p expr var
34781 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34782 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34783 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34784 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34785 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34786 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34787 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34788 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34789 a polynomial of degree 0.
34790 @end defun
34792 @defun is-polynomial expr var degree loose
34793 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34794 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34795 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34796 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34797 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34798 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34799 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34800 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34801 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34802 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34803 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34804 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34805 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34806 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34807 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34808 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34809 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34810 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34811 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34812 @end defun
34814 @defun polynomial-base expr pred
34815 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34816 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34817 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34818 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34819 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34820 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34821 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34822 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34823 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34824 is found.
34825 @end defun
34827 @defun poly-simplify poly
34828 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34829 clipping off trailing zeros.
34830 @end defun
34832 @defun poly-mix a ac b bc
34833 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34834 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34835 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34836 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34837 @end defun
34839 @defun poly-mul a b
34840 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34841 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34842 @end defun
34844 @defun build-polynomial-expr poly var
34845 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34846 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34847 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34848 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34849 to turn the list back into an expression in regular form.
34850 @end defun
34852 @defun check-unit-name var
34853 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34854 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34855 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34856 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34857 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34858 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34859 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34860 @end defun
34862 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34863 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34864 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34865 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34866 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34867 @end defun
34869 @defun single-units-in-expr-p expr
34870 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34871 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34872 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34873 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34874 @end defun
34876 @defun to-standard-units expr which
34877 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34878 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34879 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34880 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34881 is an expression to substitute for it.
34882 @end defun
34884 @defun remove-units expr
34885 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34886 This expression is generally normalized before use.
34887 @end defun
34889 @defun extract-units expr
34890 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34891 by ones.
34892 @end defun
34894 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34895 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34897 @noindent
34898 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34899 Calc numbers and formulas.
34901 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34902 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34903 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34904 @end defun
34906 @defun read-number str
34907 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34908 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34909 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34910 @end defun
34912 @defun read-expr str
34913 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34914 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34915 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34916 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34917 a string describing the problem.
34918 @end defun
34920 @defun read-exprs str
34921 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34922 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34923 shown above is returned instead.
34924 @end defun
34926 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34927 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34928 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34929 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34930 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34931 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34932 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34933 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34934 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34935 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34936 @code{calc-normalize} first.
34938 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34939 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34940 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34941 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34942 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34943 that actually appeared in the input.
34944 @end defun
34946 @defun format-number a
34947 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34948 @end defun
34950 @defun format-flat-expr a prec
34951 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34952 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34953 This is a simple format designed
34954 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34955 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34956 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34957 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34958 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34959 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34960 @end defun
34962 @defun format-nice-expr a width
34963 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34964 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34965 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34966 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34967 command uses this when only one stack entry is being edited.
34968 @end defun
34970 @defun format-value a width
34971 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34972 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34973 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34974 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34975 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34976 parameter, if given, is the target window size for which to format
34977 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34978 window is used.
34979 @end defun
34981 @defun compose-expr a prec
34982 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34983 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34984 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34985 You can specify the format of a given type of function call by putting
34986 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34987 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34988 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34989 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34990 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34991 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34992 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34993 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34994 normal function-call notation for that language.
34995 @end defun
34997 @defun composition-to-string c w
34998 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34999 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
35000 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
35001 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
35002 followed by @code{composition-to-string}.
35003 @end defun
35005 @defun comp-width c
35006 Compute the width in characters of composition @var{c}.
35007 @end defun
35009 @defun comp-height c
35010 Compute the height in lines of composition @var{c}.
35011 @end defun
35013 @defun comp-ascent c
35014 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
35015 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
35016 @end defun
35018 @defun comp-descent c
35019 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
35020 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
35021 @end defun
35023 @defun comp-first-char c
35024 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
35025 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
35026 return @code{nil}.
35027 @end defun
35029 @defun comp-last-char c
35030 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
35031 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
35032 @end defun
35034 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
35035 @comment @subsubsection Lisp Variables
35036 @comment
35037 @comment @noindent
35038 @comment (This section is currently unfinished.)
35040 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
35041 @subsubsection Hooks
35043 @noindent
35044 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
35045 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
35046 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
35047 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
35048 other customization-related variables are also described here.
35050 @defvar calc-load-hook
35051 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
35052 been loaded, before any functions in it have been called, but after
35053 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
35054 @end defvar
35056 @defvar calc-ext-load-hook
35057 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
35058 @end defvar
35060 @defvar calc-start-hook
35061 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
35062 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
35063 necessary, the Calc window and trail window have been created,
35064 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
35065 @end defvar
35067 @defvar calc-mode-hook
35068 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
35069 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
35070 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
35071 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
35072 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
35073 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
35074 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
35075 been evaluated yet.
35076 @end defvar
35078 @defvar calc-trail-mode-hook
35079 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
35080 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
35081 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
35082 per Emacs session.
35083 @end defvar
35085 @defvar calc-end-hook
35086 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
35087 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
35088 be the current buffer.  The hook is called as the very first
35089 step, before the Calc window is destroyed.
35090 @end defvar
35092 @defvar calc-window-hook
35093 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
35094 Upon return, this new Calc window should be the current window.
35095 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
35096 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
35097 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
35098 and @code{select-window} to create the Calc window.
35099 @end defvar
35101 @defvar calc-trail-window-hook
35102 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
35103 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
35104 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
35105 must @emph{not} switch into the new window.
35106 @end defvar
35108 @defvar calc-embedded-mode-hook
35109 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
35110 @end defvar
35112 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
35113 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
35114 new buffer.
35115 @end defvar
35117 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
35118 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
35119 new formula.
35120 @end defvar
35122 @defvar calc-edit-mode-hook
35123 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
35124 commands) when the temporary editing buffer is being created.
35125 The buffer will have been selected and set up to be in
35126 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
35127 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
35128 @code{calc-edit} command.)
35129 @end defvar
35131 @defvar calc-mode-save-hook
35132 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
35133 after Calc's own mode features have been inserted into the
35134 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
35135 message is inserted.
35136 @end defvar
35138 @defvar calc-reset-hook
35139 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
35140 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
35141 @end defvar
35143 @defvar calc-other-modes
35144 This variable contains a list of strings.  The strings are
35145 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
35146 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
35147 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
35148 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
35149 @end defvar
35151 @defvar calc-mode-map
35152 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
35153 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
35154 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
35155 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
35156 which is a command that loads the extensions package and
35157 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
35158 one of these keys, it will probably be overridden when the
35159 extensions are loaded.
35160 @end defvar
35162 @defvar calc-digit-map
35163 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
35164 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
35165 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
35166 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
35167 @end defvar
35169 @defvar calc-alg-ent-map
35170 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
35171 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
35172 @end defvar
35174 @defvar calc-store-var-map
35175 This is the keymap that is used during entry of variable names for
35176 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
35177 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
35178 @end defvar
35180 @defvar calc-edit-mode-map
35181 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
35182 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
35183 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
35184 @end defvar
35186 @defvar calc-mode-var-list
35187 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
35188 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
35189 and its default value.  When modes are being saved, each variable
35190 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
35191 non-default variables are written out.
35192 @end defvar
35194 @defvar calc-local-var-list
35195 This is a list of variables which should be buffer-local to the
35196 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
35197 These variables also have their default values manipulated by
35198 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
35199 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
35200 used the first time, your hook should add a variable to the
35201 list and also call @code{make-local-variable} itself.
35202 @end defvar
35204 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
35205 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
35206 @include gpl.texi
35208 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
35209 @appendix GNU Free Documentation License
35210 @include doclicense.texi
35212 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
35213 @appendix Customizing Calc
35215 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
35216 to use a different prefix, you can put
35218 @example
35219 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
35220 @end example
35222 @noindent
35223 in your .emacs file.
35224 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
35225 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
35226 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
35227 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
35228 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
35229 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
35230 character of the prefix can simply be typed twice.
35232 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
35233 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
35234 calculation and can be set outside of Calc using Emacs's
35235 customization facilities.  These variables are listed below.
35236 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
35237 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
35238 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
35239 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
35240 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
35241 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
35243 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
35244 expression is basically a pattern that Calc can search for.
35245 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
35246 to see how regular expressions work.
35248 @defvar calc-settings-file
35249 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
35250 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
35251 definitions.
35252 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
35253 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
35254 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
35255 exists) the first time Calc is invoked.
35257 The default value for this variable is @code{"~/.emacs.d/calc.el"}
35258 unless the file @file{~/.calc.el} exists, in which case the default
35259 value will be @code{"~/.calc.el"}.
35260 @end defvar
35262 @defvar calc-gnuplot-name
35263 See @ref{Graphics}.@*
35264 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
35265 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
35266 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
35267 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
35268 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
35269 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
35270 @end defvar
35272 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
35273 @defvarx calc-gnuplot-print-command
35274 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
35275 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
35276 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
35277 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
35278 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
35279 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
35280 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
35281 to display or print the output.
35283 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
35284 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
35285 @code{"lp %s"}.
35286 @end defvar
35288 @defvar calc-language-alist
35289 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
35290 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
35291 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
35292 enabled, it will try to use the current major mode to
35293 determine what language should be used.  (This can be overridden using
35294 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
35295 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
35296 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example,
35297 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
35298 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
35299 to use the language @var{LANGUAGE}.
35301 The default value of @code{calc-language-alist} is
35302 @example
35303    ((latex-mode . latex)
35304     (tex-mode   . tex)
35305     (plain-tex-mode . tex)
35306     (context-mode . tex)
35307     (nroff-mode . eqn)
35308     (pascal-mode . pascal)
35309     (c-mode . c)
35310     (c++-mode . c)
35311     (fortran-mode . fortran)
35312     (f90-mode . fortran))
35313 @end example
35314 @end defvar
35316 @defvar calc-embedded-announce-formula
35317 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
35318 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35319 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
35320 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
35321 regular expression, and when activating embedded formulas with
35322 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
35323 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
35324 @samp{=>} and @samp{:=}.)
35326 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
35327 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
35328 @samp{%} and a space.
35330 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
35331 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
35332 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35333 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
35334 @var{REGEXP})}, and its default value is
35335 @example
35336    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
35337     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
35338     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
35339     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
35340     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35341     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35342     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
35343     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
35344     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35345     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35346     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
35347 @end example
35348 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35349 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35350 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35351 @end defvar
35353 @defvar  calc-embedded-open-formula
35354 @defvarx calc-embedded-close-formula
35355 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
35356 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35357 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
35358 @code{calc-embedded-close-formula} control the region that Calc will
35359 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
35360 They are regular expressions;
35361 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
35362 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
35363 delimiters''.
35365 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
35366 Embedded mode understands by default are:
35367 @enumerate
35368 @item
35369 The @TeX{} and @LaTeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
35370 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
35371 @item
35372 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
35373 @item
35374 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
35375 @item
35376 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
35377 @item
35378 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
35379 @end enumerate
35381 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
35382 set @code{calc-embedded-open-formula} and
35383 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
35384 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35385 It consists of a list of lists of the form
35386 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
35387 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
35388 @code{nil}.
35389 @end defvar
35391 @defvar  calc-embedded-word-regexp
35392 @defvarx calc-embedded-word-regexp-alist
35393 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35394 The variable @code{calc-embedded-word-regexp} determines the expression
35395 that Calc will activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x *
35396 w}.  It is a regular expressions.
35398 The default value of @code{calc-embedded-word-regexp} is
35399 @code{"[-+]?[0-9]+\\(\\.[0-9]+\\)?\\([eE][-+]?[0-9]+\\)?"}.
35401 The variable @code{calc-embedded-word-regexp-alist} is used to
35402 set @code{calc-embedded-word-regexp} to a different regular
35403 expression depending on the major mode of the editing buffer.
35404 It consists of a list of lists of the form
35405 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{WORD-REGEXP})}, and its default value is
35406 @code{nil}.
35407 @end defvar
35409 @defvar  calc-embedded-open-plain
35410 @defvarx calc-embedded-close-plain
35411 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
35412 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35413 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
35414 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
35415 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
35416 expressions, because Calc must be able to write these string into a
35417 buffer as well as to recognize them.
35419 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is
35420 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for
35421 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
35422 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
35423 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
35425 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
35426 set @code{calc-embedded-open-plain} and
35427 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
35428 depending on the major mode of the editing buffer.
35429 It consists of a list of lists of the form
35430 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
35431 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
35432 @example
35433    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
35434     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
35435     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
35436     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
35437     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35438     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35439     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
35440     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
35441     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35442     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35443     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
35444 @end example
35445 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35446 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35447 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35448 @end defvar
35450 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
35451 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
35452 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
35453 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35454 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35455 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
35456 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
35458 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
35459 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
35460 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
35461 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
35462 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
35463 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
35464 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
35465 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
35466 closing newline are omitted.)
35468 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
35469 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35470 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
35471 depending on the major mode of the editing buffer.
35472 It consists of a list of lists of the form
35473 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
35474 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
35475 @code{nil}.
35476 @end defvar
35478 @defvar  calc-embedded-open-mode
35479 @defvarx calc-embedded-close-mode
35480 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
35481 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35482 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
35483 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
35484 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
35485 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
35486 necessary to add them to user-written annotations.
35488 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
35489 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
35490 @code{"\n"}.
35491 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
35492 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
35493 lines by themselves.
35495 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
35496 set @code{calc-embedded-open-mode} and
35497 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
35498 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35499 It consists of a list of lists of the form
35500 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
35501 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
35502 @example
35503    ((c++-mode     "// "   "\n")
35504     (c-mode       "/* "   " */\n")
35505     (f90-mode     "! "    "\n")
35506     (fortran-mode "C "    "\n")
35507     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35508     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35509     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35510     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35511     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35512     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35513     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35514 @end example
35515 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35516 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35517 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35518 @end defvar
35520 @defvar  calc-lu-power-reference
35521 @defvarx calc-lu-field-reference
35522 See @ref{Logarithmic Units}.@*
35523 The variables @code{calc-lu-power-reference} and
35524 @code{calc-lu-field-reference} are unit expressions (written as
35525 strings) which Calc will use as reference quantities for logarithmic
35526 units.
35528 The default value of @code{calc-lu-power-reference} is @code{"mW"}
35529 and the default value of @code{calc-lu-field-reference} is
35530 @code{"20 uPa"}.
35531 @end defvar
35533 @defvar calc-note-threshold
35534 See @ref{Musical Notes}.@*
35535 The variable @code{calc-note-threshold} is a number (written as a
35536 string) which determines how close (in cents) a frequency needs to be
35537 to a note to be recognized as that note.
35539 The default value of @code{calc-note-threshold} is 1.
35540 @end defvar
35542 @defvar calc-highlight-selections-with-faces
35543 @defvarx calc-selected-face
35544 @defvarx calc-nonselected-face
35545 See @ref{Displaying Selections}.@*
35546 The variable @code{calc-highlight-selections-with-faces}
35547 determines how selected sub-formulas are distinguished.
35548 If @code{calc-highlight-selections-with-faces} is nil, then
35549 a selected sub-formula is distinguished either by changing every
35550 character not part of the sub-formula with a dot or by changing every
35551 character in the sub-formula with a @samp{#} sign.
35552 If @code{calc-highlight-selections-with-faces} is t,
35553 then a selected sub-formula is distinguished either by displaying the
35554 non-selected portion of the formula with @code{calc-nonselected-face}
35555 or by displaying the selected sub-formula with
35556 @code{calc-nonselected-face}.
35557 @end defvar
35559 @defvar calc-multiplication-has-precedence
35560 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
35561 whether multiplication has precedence over division in algebraic
35562 formulas in normal language modes.  If
35563 @code{calc-multiplication-has-precedence} is non-@code{nil}, then
35564 multiplication has precedence (and, for certain obscure reasons, is
35565 right associative), and so for example @samp{a/b*c} will be interpreted
35566 as @samp{a/(b*c)}. If @code{calc-multiplication-has-precedence} is
35567 @code{nil}, then multiplication has the same precedence as division
35568 (and, like division, is left associative), and so for example
35569 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
35570 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
35571 @end defvar
35573 @defvar calc-ensure-consistent-units
35574 When converting units, the variable @code{calc-ensure-consistent-units}
35575 determines whether or not the target units need to be consistent with the
35576 original units.  If @code{calc-ensure-consistent-units} is @code{nil}, then
35577 the target units don't need to have the same dimensions as the original units;
35578 for example, converting @samp{100 ft/s} to @samp{m} will produce @samp{30.48 m/s}.
35579 If @code{calc-ensure-consistent-units} is non-@code{nil}, then the target units
35580 need to have the same dimensions as the original units; for example, converting
35581 @samp{100 ft/s} to @samp{m} will result in an error, since @samp{ft/s} and @samp{m}
35582 have different dimensions. The default value of @code{calc-ensure-consistent-units}
35583 is @code{nil}.
35584 @end defvar
35586 @defvar calc-undo-length
35587 The variable @code{calc-undo-length} determines the number of undo
35588 steps that Calc will keep track of when @code{calc-quit} is called.
35589 If @code{calc-undo-length} is a non-negative integer, then this is the
35590 number of undo steps that will be preserved; if
35591 @code{calc-undo-length} has any other value, then all undo steps will
35592 be preserved.  The default value of @code{calc-undo-length} is @expr{100}.
35593 @end defvar
35595 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35596 @appendix Reporting Bugs
35598 @noindent
35599 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35601 @example
35602 jay.p.belanger@@gmail.com
35603 @end example
35605 @noindent
35606 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35607 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35608 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35609 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35610 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35611 regular mailbox.
35613 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35614 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35615 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35616 them right in.
35618 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35619 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35620 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35621 so any efforts can be coordinated.
35623 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35624 repository.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35626 @c [summary]
35627 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35628 @appendix Calc Summary
35630 @noindent
35631 This section includes a complete list of Calc keystroke commands.
35632 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35633 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35634 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35635 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35636 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35637 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35638 command name refer to notes at the end.
35640 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35641 keystrokes are not listed in this summary.
35642 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35644 @iftex
35645 @begingroup
35646 @tex
35647 \vskip-2\baselineskip \null
35648 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35649 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35650 \leavevmode%
35651 {\smallfonts
35652 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35653 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35654 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35655 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35656 \thinspace%
35657 {\tt#5}%
35658 {\sl#6}%
35660 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35661 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35662 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35663 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35664 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35665 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35666 @end tex
35667 @let@:=@sumsep
35668 @let@r=@sumrow
35669 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35670 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35671 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35672 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35673 @end iftex
35674 @format
35675 @iftex
35676 @advance@baselineskip-2.5pt
35677 @let@c@sumbreak
35678 @end iftex
35679 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35680 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35681 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35682 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35683 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35684 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35685 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35686 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35687 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35688 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35689 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35690 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35691 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35692 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35693 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35694 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35695 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35696 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35697 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35698 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35699 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35700 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35701 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35702 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35703 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35704 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35705 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35706 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35709 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35710 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35711 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35712 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35713 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35714 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35715 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35716 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35717 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35720 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35721 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35722 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35725 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35726 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35727 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35728 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35729 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35730 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35731 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35732 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35733 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35734 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35735 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35736 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35737 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35738 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35739 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35740 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35741 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35744 @r{  ... a@:      @summarykey{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35745 @r{  ... a@:      @summarykey{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35746 @r{... a b@:      @summarykey{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35747 @r{. a b c@:      M-@summarykey{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35748 @r{... a b@:      @summarykey{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35749 @r{  ... a@:      @summarykey{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35750 @r{... a b@:      M-@summarykey{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35751 @r{       @:      M-@summarykey{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35752 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35755 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35756 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35757 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35758 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35759 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35760 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35761 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35764 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35765 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35766 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35767 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35768 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35769 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35770 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35773 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35774 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35775 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35776 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35777 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35778 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35781 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35782 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35783 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35784 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35785 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35786 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35787 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35790 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35791 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35792 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35793 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35794 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35795 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35796 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35797 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35798 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35799 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35800 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35801 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35802 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35803 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35804 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35805 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35806 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35807 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35808 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35809 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35810 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35811 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35812 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35813 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35814 @r{       @:      O     @:command      @:    32  @:@:Option}
35815 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35816 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35817 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35818 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35819 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35820 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35821 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35822 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35823 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35824 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35825 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35826 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35827 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35828 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35829 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35830 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35831 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35832 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35833 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35834 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35837 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35838 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35839 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35840 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35841 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35842 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35843 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35844 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35845 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35846 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35847 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35848 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35849 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35852 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35853 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35854 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35855 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35858 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35859 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35860 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35861 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35864 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35865 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35866 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35867 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35868 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35869 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35870 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35871 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35872 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35873 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35874 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35875 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35876 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35877 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35878 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35879 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35880 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35881 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35882 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35883 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35886 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35887 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35888 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35889 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35890 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35891 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35892 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35893 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35894 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35895 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35896 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35897 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35898 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35899 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35900 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35901 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35902 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35903 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35904 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35907 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35908 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35909 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35910 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35911 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35912 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35913 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35914 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35915 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35916 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35917 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35918 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35919 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35920 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35921 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35924 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35925 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35926 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35927 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35928 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35929 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35930 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35931 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35932 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35933 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35934 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35935 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35936 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35937 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35938 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35939 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35940 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35941 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35942 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35943 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35944 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35945 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35946 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35948 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35949 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35950 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35951 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35954 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35955 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35956 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35957 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35958 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35959 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35960 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35961 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35962 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35963 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35964 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35967 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35968 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35971 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35974 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35975 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35976 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35977 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35978 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35979 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35980 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35981 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35982 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35983 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35984 @r{       @:      d @summarykey{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35985 @r{       @:      d @summarykey{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35988 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35989 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35990 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35991 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35994 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35995 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35996 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35997 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35998 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35999 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
36000 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
36001 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
36002 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
36003 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
36004 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
36005 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
36006 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
36007 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
36008 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
36009 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
36010 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
36011 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
36014 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
36015 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
36016 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
36017 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
36018 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
36019 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
36020 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
36021 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
36022 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
36023 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
36024 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
36025 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
36028 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
36029 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
36032 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
36033 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
36034 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
36035 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
36036 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
36037 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
36038 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
36039 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
36040 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
36041 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
36042 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
36043 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
36046 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
36047 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
36048 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
36049 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
36050 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
36051 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
36052 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
36053 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
36054 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
36055 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
36056 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
36057 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
36058 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
36059 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
36060 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
36061 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
36062 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
36065 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
36066 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
36067 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
36068 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
36069 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
36070 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
36071 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
36072 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
36073 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
36074 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
36075 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
36076 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
36077 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
36078 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
36079 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
36080 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
36081 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
36082 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
36083 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
36086 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
36087 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
36088 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
36089 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
36090 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
36091 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
36092 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
36093 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
36094 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
36095 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
36096 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
36097 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
36098 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
36099 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
36100 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
36101 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
36104 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
36105 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
36106 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
36109 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
36110 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
36111 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
36112 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
36113 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
36114 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
36115 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
36116 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
36117 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
36118 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
36121 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
36122 @r{       @:      j @summarykey{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
36123 @r{       @:      j @summarykey{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
36124 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
36125 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
36126 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
36129 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
36130 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
36131 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
36132 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
36133 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
36136 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
36137 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
36138 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
36139 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
36140 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
36141 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
36142 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
36143 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
36144 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
36145 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
36146 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
36147 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
36148 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
36149 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
36152 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
36153 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
36154 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
36155 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
36156 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
36157 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
36158 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
36159 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
36160 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
36161 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
36162 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
36163 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
36166 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
36167 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
36168 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
36169 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
36170 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
36171 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
36172 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
36173 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
36174 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
36175 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
36176 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
36177 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
36178 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
36179 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
36180 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
36181 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
36182 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
36183 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
36184 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
36185 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
36188 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
36189 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
36190 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
36191 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
36192 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
36193 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
36194 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
36195 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
36196 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
36197 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
36198 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
36199 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
36200 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
36203 @r{    a b@:      l +   @:             @:        @:lupadd@:(a,b)}
36204 @r{    a b@:    H l +   @:             @:        @:lufadd@:(a,b)}
36205 @r{    a b@:      l -   @:             @:        @:lupsub@:(a,b)}
36206 @r{    a b@:    H l -   @:             @:        @:lufsub@:(a,b)}
36207 @r{    a b@:      l *   @:             @:        @:lupmul@:(a,b)}
36208 @r{    a b@:    H l *   @:             @:        @:lufmul@:(a,b)}
36209 @r{    a b@:      l /   @:             @:        @:lupdiv@:(a,b)}
36210 @r{    a b@:    H l /   @:             @:        @:lufdiv@:(a,b)}
36211 @r{      a@:      l d   @:             @:        @:dbpower@:(a)}
36212 @r{    a b@:    O l d   @:             @:        @:dbpower@:(a,b)}
36213 @r{      a@:    H l d   @:             @:        @:dbfield@:(a)}
36214 @r{    a b@:  O H l d   @:             @:        @:dbfield@:(a,b)}
36215 @r{      a@:      l n   @:             @:        @:nppower@:(a)}
36216 @r{    a b@:    O l n   @:             @:        @:nppower@:(a,b)}
36217 @r{      a@:    H l n   @:             @:        @:npfield@:(a)}
36218 @r{    a b@:  O H l n   @:             @:        @:npfield@:(a,b)}
36219 @r{      a@:      l q   @:             @:        @:lupquant@:(a)}
36220 @r{    a b@:    O l q   @:             @:        @:lupquant@:(a,b)}
36221 @r{      a@:    H l q   @:             @:        @:lufquant@:(a)}
36222 @r{    a b@:  O H l q   @:             @:        @:lufquant@:(a,b)}
36223 @r{      a@:      l s   @:             @:        @:spn@:(a)}
36224 @r{      a@:      l m   @:             @:        @:midi@:(a)}
36225 @r{      a@:      l f   @:             @:        @:freq@:(a)}
36228 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
36229 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
36230 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
36231 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
36232 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
36233 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
36234 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
36235 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
36236 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
36237 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
36238 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
36239 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
36240 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
36241 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
36242 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
36245 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
36246 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
36247 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
36248 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
36249 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
36250 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
36251 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
36252 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
36253 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
36254 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
36255 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
36258 @r{       @:      r s   @:register     @:    27  @:calc-copy-to-register@:}
36259 @r{       @:      r i   @:register     @:        @:calc-insert-register@:}
36262 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
36263 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
36264 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
36265 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
36266 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
36267 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
36268 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
36269 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
36270 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
36271 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
36272 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
36273 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
36274 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
36275 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
36276 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
36277 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
36278 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
36281 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
36282 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
36283 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
36284 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
36285 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
36286 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
36287 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
36288 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
36289 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
36290 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
36291 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
36292 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
36293 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
36296 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
36297 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
36298 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
36299 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
36300 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
36301 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
36302 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
36303 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
36304 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
36305 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
36306 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
36309 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
36310 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
36311 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
36312 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
36313 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
36316 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
36317 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
36318 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
36319 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
36320 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
36321 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
36322 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
36323 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
36324 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
36325 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
36326 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
36327 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
36328 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
36331 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
36332 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
36333 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
36334 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
36335 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
36336 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
36337 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
36338 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
36339 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
36340 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
36341 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
36342 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
36343 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
36344 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
36345 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
36346 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
36347 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
36348 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
36349 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
36352 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
36353 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
36356 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
36357 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
36358 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
36359 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
36360 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
36361 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
36362 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
36363 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
36364 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
36365 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
36366 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
36367 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
36368 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
36369 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
36372 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
36373 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
36374 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
36375 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
36376 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
36377 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
36378 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
36379 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
36380 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
36381 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
36382 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
36383 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
36384 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
36385 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
36386 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
36387 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
36390 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
36391 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
36392 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
36395 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
36396 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
36397 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
36398 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
36399 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
36400 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
36401 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
36402 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
36403 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
36404 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
36407 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
36408 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
36409 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
36410 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
36411 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
36412 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
36415 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
36418 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
36419 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
36420 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
36421 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
36422 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36423 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
36424 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
36425 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
36426 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
36427 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
36428 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
36429 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
36430 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
36431 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
36432 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
36433 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
36434 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
36435 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
36436 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
36437 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
36438 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
36439 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
36440 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
36441 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
36442 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36443 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
36444 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
36445 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
36446 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
36447 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
36448 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
36449 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
36452 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
36453 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
36454 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
36455 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
36456 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
36457 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
36458 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
36459 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
36460 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
36461 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
36462 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
36463 @r{  m1 m2@:      V K   @:             @:        @:kron@:(m1,m2)}
36464 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
36465 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
36466 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
36467 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
36468 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
36469 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
36470 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
36471 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
36472 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
36473 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
36474 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
36475 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
36476 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
36477 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
36478 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
36479 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
36480 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
36483 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
36486 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
36489 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
36490 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
36491 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
36492 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
36495 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
36496 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
36497 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
36498 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
36499 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
36500 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
36501 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
36504 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
36507 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
36508 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
36509 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
36512 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
36513 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
36514 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
36515 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
36516 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
36517 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
36518 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
36519 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
36520 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
36521 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
36522 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
36524 @end format
36526 @noindent
36527 NOTES
36529 @enumerate
36530 @c 1
36531 @item
36532 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36533 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
36534 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
36535 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
36537 @c 2
36538 @item
36539 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36540 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
36541 and the next @expr{-n} stack entries.
36543 @c 3
36544 @item
36545 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
36546 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
36547 A prefix of zero reverses the entire stack.
36549 @c 4
36550 @item
36551 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
36553 @c 5
36554 @item
36555 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
36556 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
36558 @c 6
36559 @item
36560 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
36561 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
36563 @c 7
36564 @item
36565 A prefix argument specifies simplification level and depth.
36566 1=Basic simplifications, 2=Algebraic simplifications, 3=Extended simplifications
36568 @c 8
36569 @item
36570 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
36572 @c 9
36573 @item
36574 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
36575 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
36577 @c 10
36578 @item
36579 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
36580 cannot be specified in the keyboard version of this command.
36582 @c 11
36583 @item
36584 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
36586 @c 12
36587 @item
36588 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
36589 prefix always clears the mode.
36591 @c 13
36592 @item
36593 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36595 @c 14
36596 @item
36597 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36598 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36599 @iftex
36600 {@advance@tableindent10pt
36601 @end iftex
36602 @table @asis
36603 @item Integer
36604 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36605 @item Float
36606 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36607 @item 0.0
36608 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36609 @item Error form
36610 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36611 @item Interval
36612 Random integer or floating-point number in that interval.
36613 @item Vector
36614 Random element from the vector.
36615 @end table
36616 @iftex
36618 @end iftex
36620 @c 15
36621 @item
36622 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36623 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36625 @c 16
36626 @item
36627 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36628 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36630 @c 17
36631 @item
36632 A prefix argument specifies a day number (0--6, 0--31, or 0--366).
36634 @c 18
36635 @item
36636 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36637 the new units.
36639 @c 19
36640 @item
36641 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36642 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36644 @c 20
36645 @item
36646 With a prefix argument of 1, take a single
36647 @texline @var{n}@math{\times2}
36648 @infoline @mathit{@var{N}x2}
36649 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36651 @c 21
36652 @item
36653 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36654 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36655 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36656 a subvector/submatrix of the input is created.
36658 @c 22
36659 @item
36660 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36661 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36662 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36663 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36664 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36665 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36666 last argument of the created function), or otherwise you will be
36667 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36668 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36670 @c 23
36671 @item
36672 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36673 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36674 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36675 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36676 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36677 or @code{d} for ``down.''
36679 @c 24
36680 @item
36681 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36682 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36683 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36684 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36685 may be an integer or a vector of integers.
36686 @iftex
36687 {@advance@tableindent-20pt
36688 @end iftex
36689 @table @cite
36690 @item -1
36691 (@var{2})  Rectangular complex number.
36692 @item -2
36693 (@var{2})  Polar complex number.
36694 @item -3
36695 (@var{3})  HMS form.
36696 @item -4
36697 (@var{2})  Error form.
36698 @item -5
36699 (@var{2})  Modulo form.
36700 @item -6
36701 (@var{2})  Closed interval.
36702 @item -7
36703 (@var{2})  Closed .. open interval.
36704 @item -8
36705 (@var{2})  Open .. closed interval.
36706 @item -9
36707 (@var{2})  Open interval.
36708 @item -10
36709 (@var{2})  Fraction.
36710 @item -11
36711 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36712 @item -12
36713 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36714 @item -13
36715 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36716 @item -14
36717 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36718 @item -15
36719 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36720 @end table
36721 @iftex
36723 @end iftex
36725 @c 25
36726 @item
36727 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36728 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36729 the input vector.
36731 @c 26
36732 @item
36733 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36735 @c 27
36736 @item
36737 Cursor position within stack buffer affects this command.
36739 @c 28
36740 @item
36741 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36743 @c 29
36744 @item
36745 Variable name may be a single digit or a full name.
36747 @c 30
36748 @item
36749 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or
36750 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36751 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36752 of the result of the edit.
36754 @c 31
36755 @item
36756 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36758 @c 32
36759 @item
36760 Press this key a second time to cancel the prefix.
36762 @c 33
36763 @item
36764 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36765 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36767 @c 34
36768 @item
36769 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36770 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36771 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36772 backward by that many lines.
36774 @c 35
36775 @item
36776 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36777 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36778 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36779 region between point and mark as a single formula.
36781 @c 36
36782 @item
36783 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36784 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36785 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36786 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36788 @c 37
36789 @item
36790 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36792 @c 38
36793 @item
36794 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36795 later prompts by popping additional stack entries.
36797 @c 39
36798 @item
36799 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36800 @expr{v - v_0}.
36802 @c 40
36803 @item
36804 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36805 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36806 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36807 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36808 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36810 @c 41
36811 @item
36812 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36814 @c 42
36815 @item
36816 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36817 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36819 @c 43
36820 @item
36821 With any prefix argument, set the default value instead of the
36822 value for this graph.
36824 @c 44
36825 @item
36826 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36828 @c 45
36829 @item
36830 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36831 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36832 otherwise.
36834 @c 46
36835 @item
36836 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36837 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36838 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36839 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36840 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36841 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36842 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36843 to evaluate variables.
36845 @c 47
36846 @item
36847 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36848 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36849 assigns
36850 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36851 @infoline @expr{x := a-x}.
36853 @c 48
36854 @item
36855 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36856 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36857 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36858 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36859 and a vector from the stack.
36861 @c 49
36862 @item
36863 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36864 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36866 @c 50
36867 @item
36868 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36869 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36870 entry, then restores the original setting of the mode.
36872 @c 51
36873 @item
36874 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36875 default 2D resolution.
36877 @c 52
36878 @item
36879 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36880 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36881 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36882 grabs the @var{n}th mode value only.
36883 @end enumerate
36885 @iftex
36886 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36887 @page
36888 @endgroup
36889 @end iftex
36892 @c [end-summary]
36894 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36895 @unnumbered Index of Key Sequences
36897 @printindex ky
36899 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36900 @unnumbered Index of Calculator Commands
36902 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36903 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36904 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36905 @kbd{M-x calc-last-args}.
36907 @printindex pg
36909 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36910 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36912 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36913 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36914 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36915 @iftex
36916 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36917 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36918 @end iftex
36920 @printindex tp
36922 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36923 @unnumbered Concept Index
36925 @printindex cp
36927 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36928 @unnumbered Index of Variables
36930 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36931 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36932 corresponding Lisp variable.
36934 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36935 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36937 @printindex vr
36939 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36940 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36942 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36943 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36944 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36945 @samp{math-}.
36947 @printindex fn
36949 @bye