(switch-to-completions): Move point to the first
[emacs.git] / doc / misc / calc.texi
blob9d1a4ac7d9c0d9cbad179c5de3e1d1c89d89fcf8
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 @c The following macros are used for conditional output for single lines.
11 @c @texline foo
12 @c    `foo' will appear only in TeX output
13 @c @infoline foo
14 @c    `foo' will appear only in non-TeX output
16 @c @expr{expr} will typeset an expression;
17 @c $x$ in TeX, @samp{x} otherwise.
19 @iftex
20 @macro texline
21 @end macro
22 @alias infoline=comment
23 @alias expr=math
24 @alias tfn=code
25 @alias mathit=expr
26 @alias summarykey=key
27 @macro cpi{}
28 @math{@pi{}}
29 @end macro
30 @macro cpiover{den}
31 @math{@pi/\den\}
32 @end macro
33 @end iftex
35 @ifnottex
36 @alias texline=comment
37 @macro infoline{stuff}
38 \stuff\
39 @end macro
40 @alias expr=samp
41 @alias tfn=t
42 @alias mathit=i
43 @macro summarykey{ky}
44 \ky\
45 @end macro
46 @macro cpi{}
47 @expr{pi}
48 @end macro
49 @macro cpiover{den}
50 @expr{pi/\den\}
51 @end macro
52 @end ifnottex
55 @tex
56 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
57 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
58 @end tex
60 @c Fix some other things specifically for this manual.
61 @iftex
62 @finalout
63 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
64 @tex
65 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
67 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
68 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
69 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
70 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
71 @end tex
72 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
73 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
74 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
75 @ignore
76 @newcount@calcpageno
77 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
78 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
79 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
80 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
81 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
82 \r@ggedbottomtrue
83 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
84 @end ignore
85 @end iftex
87 @copying
88 @ifinfo
89 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
90 @end ifinfo
91 @ifnotinfo
92 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator, included with GNU Emacs 23.1.
93 @end ifnotinfo
95 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
96 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
98 @quotation
99 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
100 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or
101 any later version published by the Free Software Foundation; with the
102 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
103 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
104 Texts as in (a) below.  A copy of the license is included in the section
105 entitled ``GNU Free Documentation License.''
107 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have the freedom to copy and
108 modify this GNU manual.  Buying copies from the FSF supports it in
109 developing GNU and promoting software freedom.''
110 @end quotation
111 @end copying
113 @dircategory Emacs
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 Acknowledgements::
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 La@TeX{} 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 Acknowledgements, 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 / ln(x) x
913 @end group
914 @end smallexample
916 (Note that by default, Calc gives division lower precedence than multiplication,
917 so that @samp{1 / ln(x) x} is equivalent to @samp{1 / (ln(x) 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                                     ln(x) 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 La@TeX{}. (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:
968 @smallexample
969 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
970 @end smallexample
972 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
973 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
974 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
975 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
977 @smallexample
978 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
979 @end smallexample
981 @c [fix-ref Embedded Mode]
982 @xref{Embedded Mode}, for full details.
984 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
985 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
987 @noindent
988 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
989 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
990 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
991 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
992 cursor or ``point'' placed at the other.
994 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
995 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
996 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
997 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
998 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
999 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
1000 formula.
1002 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
1003 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1004 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1006 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
1007 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1008 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
1009 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
1010 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1011 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1012 to be visible in order to use this command, as long as there
1013 is something on the Calc stack.
1015 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
1016 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1017 following @kbd{C-x *}.
1019 @noindent
1020 Commands for turning Calc on and off:
1022 @table @kbd
1023 @item *
1024 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1026 @item =, +, -, /, \, &, #
1027 Alternatives for @kbd{*}.
1029 @item C
1030 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1031 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1032 in the Calc window, move the cursor into the window.
1034 @item O
1035 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1036 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1037 move it out of that window.
1039 @item B
1040 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1042 @item Q
1043 Use Quick mode for a single short calculation.
1045 @item K
1046 Turn Calc Keypad mode on or off.
1048 @item E
1049 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1051 @item J
1052 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1054 @item W
1055 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1057 @item Z
1058 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1060 @item X
1061 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1062 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1063 @end table
1064 @iftex
1065 @sp 2
1066 @end iftex
1068 @noindent
1069 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1071 @table @kbd
1072 @item G
1073 Grab the region into the Calculator as a vector.
1075 @item R
1076 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1078 @item :
1079 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1081 @item _
1082 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1084 @item Y
1085 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1086 @end table
1087 @iftex
1088 @sp 2
1089 @end iftex
1091 @noindent
1092 Commands for use with Embedded mode:
1094 @table @kbd
1095 @item A
1096 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1097 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1098 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1100 @item D
1101 Duplicate the current formula immediately below and select
1102 the duplicate.
1104 @item F
1105 Insert a new formula at the current point.
1107 @item N
1108 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1110 @item P
1111 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1113 @item U
1114 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1116 @item `
1117 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1118 @end table
1119 @iftex
1120 @sp 2
1121 @end iftex
1123 @noindent
1124 Miscellaneous commands:
1126 @table @kbd
1127 @item I
1128 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1129 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1131 @item T
1132 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1134 @item S
1135 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1137 @item L
1138 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1139 are loaded only as they are needed.)
1141 @item M
1142 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1143 and record them as the current keyboard macro.
1145 @item 0
1146 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1147 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1148 @end table
1150 @node History and Acknowledgements,  , Using Calc, Getting Started
1151 @section History and Acknowledgements
1153 @noindent
1154 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1155 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1156 the value of 
1157 @texline @math{2^{32}}.
1158 @infoline @expr{2^32}.  
1159 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1160 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1161 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1162 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1163 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1164 all.
1166 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1167 and b) because, being only a text editor extension language after
1168 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1169 got too far out of hand.
1171 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1172 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1173 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1175 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1176 this had to be simulated in software.  In fact, Emacs integers would
1177 only comfortably fit six decimal digits or so---not enough for a decent
1178 calculator.  So I had to write my own high-precision integer code as
1179 well, and once I had this I figured that arbitrary-size integers were
1180 just as easy as large integers.  Arbitrary floating-point precision was
1181 the logical next step.  Also, since the large integer arithmetic was
1182 there anyway it seemed only fair to give the user direct access to it,
1183 which in turn made it practical to support fractions as well as floats.
1184 All these features inspired me to look around for other data types that
1185 might be worth having.
1187 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1188 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1189 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1190 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1191 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1192 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1193 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1194 rewrite rules and other programming features so that users could
1195 implement what they needed for themselves.
1197 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1198 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1199 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1201 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1202 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1203 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1205 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1206 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1207 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1208 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1209 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1210 algebra system for microcomputers.
1212 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1213 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1214 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1215 rules, and many other algebra features; 
1216 @texline Fran\c{c}ois
1217 @infoline Francois
1218 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1219 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1220 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1221 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1222 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1223 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1224 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Juha
1225 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1226 parts; Bob Weiner, who helped immensely with the Lucid Emacs port; and
1227 Robert J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises as
1228 well as many other things.  
1230 @cindex Bibliography
1231 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1232 @cindex Numerical Recipes
1233 @c Should these be expanded into more complete references?
1234 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1235 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1236 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1237 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1238 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1239 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1240 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1241 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1242 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1243 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1244 Dan LaLiberte.
1246 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1247 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1248 finished in two weeks.
1250 @c [tutorial]
1252 @ifinfo
1253 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1254 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1255 @chapter Tutorial
1257 @noindent
1258 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1260 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1261 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1262 for this).
1264 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1265 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1266 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1267 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1269 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1270 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1271 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1272 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1273 @kbd{l} to return to where you were before.
1275 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1277 Press the number @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1279 @menu
1280 * Tutorial::
1281 @end menu
1283 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1284 @end ifinfo
1285 @ifnotinfo
1286 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1287 @end ifnotinfo
1288 @chapter Tutorial
1290 @noindent
1291 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1292 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1293 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1294 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1295 @c [not-split]
1296 to skip on to the rest of this manual.
1297 @c [when-split]
1298 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1300 @c [fix-ref Embedded Mode]
1301 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1302 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1303 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1304 the Embedded mode interface.
1306 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1307 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  Press
1308 @kbd{C-x * t} to set this up; the on-line tutorial will be opened in the
1309 current window and Calc will be started in another window.  From the
1310 Info window, the command @kbd{C-x * c} can be used to switch to the Calc
1311 window and @kbd{C-x * o} can be used to switch back to the Info window.
1312 (If you have a printed copy of the manual you can use that instead; in
1313 that case you only need to press @kbd{C-x * c} to start Calc.)
1315 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1316 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1317 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1318 general areas.
1320 @ifnottex
1321 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1322 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1323 printed summary.  @xref{Summary}.
1324 @end ifnottex
1325 @iftex
1326 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1327 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1328 Calc.
1329 @end iftex
1331 @menu
1332 * Basic Tutorial::
1333 * Arithmetic Tutorial::
1334 * Vector/Matrix Tutorial::
1335 * Types Tutorial::
1336 * Algebra Tutorial::
1337 * Programming Tutorial::
1339 * Answers to Exercises::
1340 @end menu
1342 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1343 @section Basic Tutorial
1345 @noindent
1346 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1347 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1348 to control various modes of the Calculator.
1350 @menu
1351 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1352 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1353 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1354 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1355 @end menu
1357 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1358 @subsection RPN Calculations and the Stack
1360 @cindex RPN notation
1361 @ifnottex
1362 @noindent
1363 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1364 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1365 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1366 Jan Lukasiewicz.)
1367 @end ifnottex
1368 @tex
1369 \noindent
1370 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1371 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1372 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1373 Jan \L ukasiewicz.)
1374 @end tex
1376 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1377 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1378 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1379 from the top of the stack.
1381 @cindex Operators
1382 @cindex Operands
1383 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1384 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1385 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1386 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1387 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1388 number of operands from the stack and pushes back the result.
1390 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1391 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1392 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1393 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1394 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1395 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1396 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1397 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1398 will look at various points throughout the calculation:
1400 @smallexample
1401 @group
1402     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1403                    .          1:  3              .
1404                                   .
1406   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1407 @end group
1408 @end smallexample
1410 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1411 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1412 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1413 less distracting in regular use.
1415 @cindex Stack levels
1416 @cindex Levels of stack
1417 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1418 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1419 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1420 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1421 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1422 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1423 work on the top few levels of the stack.
1425 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1426 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1427 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1428 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1429 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1430 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1431 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1432 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1433 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1434 if you are interested.
1436 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1437 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1438 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1439 automatically enters that number and then does the requested command.
1440 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1442 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1443 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1445 @smallexample
1446 @group
1447 1:  2          2:  2          1:  5
1448     .          1:  3              .
1449                    .
1451   2 @key{RET}            3              +
1452 @end group
1453 @end smallexample
1455 @noindent
1456 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1457 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1458 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1460 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1461 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1462 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1463 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1464 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1465 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1466 return to where you were.)
1468 @noindent
1469 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1470 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1471 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1472 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1474 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1475 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1476 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1477 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1479 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1480 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1481 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1482 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1483 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1484 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1485 results of the previous example at the beginning of a new example.
1486 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1487 clear away old results, the text will remind you to do so.
1489 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1490 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1491 spend a long time reformatting such a large stack.)
1493 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1494 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1495 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1496 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1497 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1499 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1500 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1501 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1503 @cindex Duplicating a stack entry
1504 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1505 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1507 @smallexample
1508 @group
1509 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1510     .          1:  3              .          1:  9              .
1511                    .                             .
1513   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1514 @end group
1515 @end smallexample
1517 @noindent
1518 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1519 to raise 3 to the fourth power.)
1521 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1522 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1523 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1525 @cindex Exchanging stack entries
1526 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1527 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1528 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1529 was @expr{20 / (2+3)}.
1531 @smallexample
1532 @group
1533 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1534     .          1:  20         1:  5              .
1535                    .              .
1537  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1538 @end group
1539 @end smallexample
1541 @noindent
1542 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1544 @smallexample
1545 @group
1546 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1547     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1548                    .          1:  3              .
1549                                   .
1551   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1552 @end group
1553 @end smallexample
1555 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1556 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1557 bringing the object in level 3 to the top.
1559 @smallexample
1560 @group
1561 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1562     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1563                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1564                                   .              .              .
1566   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1567 @end group
1568 @end smallexample
1570 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1571 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1572 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1573 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1575 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1576 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1577 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1578 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1580 @smallexample
1581 @group
1582 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1583     .              .          1:  16             .              .
1584                                   .
1586   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1587 @end group
1588 @end smallexample
1590 @noindent
1591 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1592 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1594 @cindex Pythagorean Theorem
1595 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1596 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1597 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1598 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1600 @smallexample
1601 @group
1602 1:  3          2:  3          1:  5
1603     .          1:  4              .
1604                    .
1606   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1607 @end group
1608 @end smallexample
1610 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1611 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1612 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1613 prefix for you:
1615 @smallexample
1616 @group
1617 1:  3          2:  3          1:  5
1618     .          1:  4              .
1619                    .
1621   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1622 @end group
1623 @end smallexample
1625 What happens if you take the square root of a negative number?
1627 @smallexample
1628 @group
1629 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1630     .              .              .
1632   4 @key{RET}            n              Q
1633 @end group
1634 @end smallexample
1636 @noindent
1637 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1638 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1639 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1640 @expr{(a, b)} notation.
1642 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1643 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1644 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1645 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1646 complex result.)
1648 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1649 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1651 @smallexample
1652 @group
1653 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1654     .          1:  2              .              3              .
1655                    .                             .
1657     (              2              ,              3              )
1658 @end group
1659 @end smallexample
1661 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1662 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1664 @smallexample
1665 @group
1666 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1667     .          1:  2          2:  2              5              5
1668                    .          1:  3              .              .
1669                                   .
1670                                                              (error)
1671     (             2 @key{RET}           3              +              +
1672 @end group
1673 @end smallexample
1675 @noindent
1676 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1677 produces an error message and leaves the stack the same.
1679 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1680 moved around by the regular stack commands.
1682 @smallexample
1683 @group
1684 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1685 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1686     .          1:  ( ...      1:  2              3
1687                    .              .              .
1689 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1690 @end group
1691 @end smallexample
1693 @noindent
1694 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1695 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1696 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1697 to use the comma.  It's up to you.
1699 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1700 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1701 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1702 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1703 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1705 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1706 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1707 the tutorial.
1709 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1710 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1711 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1712 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1713 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1714 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1715 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1717 @smallexample
1718 @group
1719 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1720     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1721                    .          1:  30         1:  30
1722                                   .              .
1724   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1725 @end group
1726 @end smallexample
1728 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1729 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1730 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1731 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1732 the second-to-top element of the stack:
1734 @smallexample
1735 @group
1736 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1737     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1738                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1739                                   .              .          1:  20
1740                                                                 .
1742   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1743 @end group
1744 @end smallexample
1746 @cindex Clearing the stack
1747 @cindex Emptying the stack
1748 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1749 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1750 entire stack.)
1752 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1753 @subsection Algebraic-Style Calculations
1755 @noindent
1756 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1757 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1758 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1759 in traditional @expr{2+3} notation.
1761 @strong{Notice:} Calc gives @samp{/} lower precedence than @samp{*}, so
1762 that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}; this is not
1763 standard across all computer languages.  See below for details.
1765 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1766 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1767 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1768 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1769 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1770 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1771 @key{DEL} to delete it from the stack.
1773 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1774 The result should be the number 9.
1776 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1777 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1778 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1779 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1780 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1782 @example
1783 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1784 @end example
1786 @noindent
1787 is equivalent to
1789 @example
1790 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1791 @end example
1793 @noindent
1794 or, in large mathematical notation,
1796 @ifnottex
1797 @example
1798 @group
1799     3 * 4 * 5
1800 2 + --------- - 9
1801           8
1802      6 * 7
1803 @end group
1804 @end example
1805 @end ifnottex
1806 @tex
1807 \turnoffactive
1808 \beforedisplay
1809 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1810 \afterdisplay
1811 @end tex
1813 @noindent
1814 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1816 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1817 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1818 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1819 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1821 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1822 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1823 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1824 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1826 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1827 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1828 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1829 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1830 should appear in the Calc window's mode line.)
1832 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1834 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1835 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1836 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1837 an algebraic entry.
1839 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1840 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1841 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1842 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1843 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1845 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1846 be @expr{0.16227766017}.
1848 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1849 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1850 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1851 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1852 rule to use!
1854 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1855 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1856 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1858 Still in Algebraic mode, type:
1860 @smallexample
1861 @group
1862 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1863     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1864                    .                             .
1866  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1867 @end group
1868 @end smallexample
1870 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1871 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1872 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1874 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1875 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1876 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1877 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1878 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1879 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1880 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1882 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1884 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1885 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1886 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1887 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1888 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1889 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1890 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1891 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1892 of the stack.  Here, we perform the calculation 
1893 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1894 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1895 which on a traditional calculator would be done by pressing
1896 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1898 @smallexample
1899 @group
1900 1:  8          1:  9          1:  3
1901     .              .              .
1903   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1904 @end group
1905 @end smallexample
1907 @noindent
1908 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1909 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1911 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1912 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1913 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1914 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1916 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1917 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1919 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1920 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1921 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1922 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1923 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1924 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1925 or more letters or digits, beginning with a letter.
1927 @smallexample
1928 @group
1929 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1930     .                             .              .
1932     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1933 @end group
1934 @end smallexample
1936 @noindent
1937 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1938 variables by the values that were stored in them.
1940 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1941 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1942 or by using the @kbd{s r} command.
1944 @smallexample
1945 @group
1946 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1947     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1948                    .          1:  2              .
1949                                   .
1951   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1952 @end group
1953 @end smallexample
1955 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1956 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1957 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1958 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1959 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1960 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1962 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1963 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1965 @smallexample
1966 @group
1967 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
1968     .                 .
1970  ' 2a+2b @key{RET}          =
1971 @end group
1972 @end smallexample
1974 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1975 alone, as are calls for which the value is undefined.
1977 @smallexample
1978 @group
1979 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
1980     .
1982  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1983 @end group
1984 @end smallexample
1986 @noindent
1987 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1988 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1989 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1990 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1991 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1992 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1993 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1994 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1995 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1996 automatically displays the first message only if the message is
1997 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1998 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
1999 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2000 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2002 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2003 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2004 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2005 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2006 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2008 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2009 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2010 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2012 One interesting way to work with variables is to use the
2013 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2014 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2015 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2016 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2017 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2018 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2019 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2021 @smallexample
2022 @group
2023 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2024 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2025     .                                  .
2027 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2028 @end group
2029 @end smallexample
2031 @noindent
2032 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2033 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2034 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2035 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2036 to see the effects on the formulas' values.
2038 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2040 @smallexample
2041 @group
2042 2:  2 + 5 => 5
2043 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2044     .
2046     s u a @key{RET}
2047 @end group
2048 @end smallexample
2050 We will encounter formulas involving variables and functions again
2051 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2053 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2054 @subsection Undo and Redo
2056 @noindent
2057 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2058 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2059 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2060 with a clean slate.  Now:
2062 @smallexample
2063 @group
2064 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2065     .          1:  3              .          1:  3              .
2066                    .                             .
2068    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2069 @end group
2070 @end smallexample
2072 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2073 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2074 above example, you could type:
2076 @smallexample
2077 @group
2078 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2079     .          1:  3              .
2080                    .
2081                                                              (error)
2082                    U              U              U              U
2083 @end group
2084 @end smallexample
2086 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2087 mistakenly.
2089 @smallexample
2090 @group
2091     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2092                    .          1:  3              .              .
2093                                   .
2094                                                              (error)
2095                    D              D              D              D
2096 @end group
2097 @end smallexample
2099 @noindent
2100 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2101 by something other than an undo command.
2103 @cindex Time travel
2104 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2105 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2106 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2107 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2108 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2109 was an earlier undo command.
2111 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2112 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2113 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2114 press @kbd{t d} now to turn it on.
2116 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2117 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2118 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2119 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2120 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2121 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2122 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2123 stack.
2125 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2126 went into the trail.
2128 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2129 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2130 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2131 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2132 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2133 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2134 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2135 continue the search forwards or backwards as you like.
2137 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2138 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2139 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2140 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2141 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2143 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2144 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2145 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2146 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2147 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2148 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2149 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2150 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2151 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2152 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2153 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2155 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2157 @smallexample
2158 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2159 @end smallexample
2161 @noindent
2162 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2163 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2164 with a single capital letter showing which letter you press to get
2165 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2166 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2167 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2168 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2170 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2171 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2172 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2173 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2174 the prefix.
2176 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2177 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2178 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2179 to edit a stack entry.
2181 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2182 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2183 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2184 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2185 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2186 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2187 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2188 during entry of a number or algebraic formula.
2190 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2191 @subsection Mode-Setting Commands
2193 @noindent
2194 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2195 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2196 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2197 try some of the most common ones here.
2199 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2200 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2202 @smallexample
2203 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2204 @end smallexample
2206 @noindent
2207 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2208 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2209 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2210 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2211 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2212 leading and trailing zeros.
2214 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2215 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2216 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2218 @smallexample
2219 @group
2220 1:  0.142857142857
2221 2:  0.142857142857142857142857142857
2222     .
2223 @end group
2224 @end smallexample
2226 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2227 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2228 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2229 Calc has to stop somewhere.
2231 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2232 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2234 Calculations always use the current precision.  For example, even
2235 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2236 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2237 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2238 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2239 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2240 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2242 @smallexample
2243 @group
2244 1:  0.142857142857
2245 2:  0.142857142857142857142857142857
2246 3:  1.14285714286
2247     .
2248 @end group
2249 @end smallexample
2251 @noindent
2252 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2253 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2255 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2256 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2257 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2258 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2259 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2260 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2261 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2262 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2263 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2264 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2265 arithmetic.
2267 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2268 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2269 to convert an integer to floating-point form.
2271 Let's try entering that last calculation:
2273 @smallexample
2274 @group
2275 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2276     .          1:  10000          .
2277                    .
2279   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2280 @end group
2281 @end smallexample
2283 @noindent
2284 @cindex Scientific notation, entry of
2285 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2286 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2287 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2288 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2290 @smallexample
2291 @group
2292 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2293     .          1:  10000.         .
2294                    .
2296   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2297 @end group
2298 @end smallexample
2300 @cindex Round-off errors
2301 @noindent
2302 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2303 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2304 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2305 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2306 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2307 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2308 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2309 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2310 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2311 out:
2313 @smallexample
2314 @group
2315     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2316                    .          1:  10000.         .
2317                                   .
2319  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2320 @end group
2321 @end smallexample
2323 @noindent
2324 @cindex Guard digits
2325 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2326 calculation using an integer or floating-point power, since we
2327 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2328 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2329 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2330 last place.
2332 @cindex Guard digits
2333 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2334 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2335 In each case, Calc added about two digits of precision during
2336 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2337 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2338 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2339 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2341 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2342 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2343 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2344 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2345 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2346 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2347 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2348 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2349 onto the stack and try some different display modes.  First,
2350 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2351 numbers shown here:
2353 @smallexample
2354 @group
2355 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2356 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2357 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2358 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2359     .              .              .              .              .
2361    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2362 @end group
2363 @end smallexample
2365 @noindent
2366 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2367 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2368 five significant figures reappeared.  The float format does not
2369 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2370 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2371 of numbers in the Calculator's memory.
2373 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2374 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2375 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2376 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2378 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2379 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2380 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2381 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2382 mode-changing command will appear in the new format.
2384 @smallexample
2385 @group
2386 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2387 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2388 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2389 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2390     .              .              .              .              .
2392     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2393 @end group
2394 @end smallexample
2396 @noindent
2397 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2398 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2399 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2400 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2401 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2402 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2403 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2405 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2406 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2407 displayed exactly.
2409 @cindex Large numbers, readability
2410 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2411 the result of @kbd{2^3^4}.
2413 @example
2414 2417851639229258349412352
2415 @end example
2417 @noindent
2418 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2420 @example
2421 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2422 @end example
2424 @noindent
2425 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2426 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2427 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2429 @example
2430 24178,51639,22925,83494,12352
2431 @end example
2433 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2434 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2435 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2437 @example
2438 24,17851,63922.9258349412352
2439 @end example
2441 @noindent
2442 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2443 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2445 @example
2446 24,17851,63922.92583,49412,352
2447 @end example
2449 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2450 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2452 @example
2453 24 17851 63922.92583 49412 352
2454 @end example
2456 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2457 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2458 restore the default precision.
2460 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2461 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2462 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2463 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2465 @example
2466 16#200000000000000000000
2467 @end example
2469 @noindent
2470 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2471 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2472 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2473 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2474 form:
2476 @example
2477 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2478 @end example
2480 @noindent
2481 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2482 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2483 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2484 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2485 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2486 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2488 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2489 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2490 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2491 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2492 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2494 @example
2495 2#101,1111,1110
2496 @end example
2498 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2499 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2500 other radix.
2502 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2504 @example
2505 1,534
2506 @end example
2508 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2509 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2510 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2511 to integers, fractions, and floats.
2513 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2514 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2515 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2516 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2517 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2518 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2519 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2520 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2521 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2523 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2524 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2525 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2526 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2527 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2528 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2529 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2530 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2532 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2533 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2534 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2535 the way they are actually computed.
2537 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2538 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2539 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2540 angle is measured in degrees.  For example,
2542 @smallexample
2543 @group
2544 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2545     .              .                    .                     .
2547     45             S                    2 ^                   c 1
2548 @end group
2549 @end smallexample
2551 @noindent
2552 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2553 of 45 degrees is 
2554 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2555 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2556 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2557 roundoff error because the representation of 
2558 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2559 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2560 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2561 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2562 re-rounds the number on the top of the stack.
2564 @cindex Roundoff errors, examples
2565 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2566 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2567 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2568 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2570 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2571 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2572 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2573 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2574 @kbd{p} sets the precision.)
2576 @smallexample
2577 @group
2578 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2579     .                   .                .
2581     P                   4 /       m r    S
2582 @end group
2583 @end smallexample
2585 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2586 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2588 @smallexample
2589 @group
2590 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2591     .                    .                    .
2593     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2594 @end group
2595 @end smallexample
2597 @noindent
2598 Here we compute the Inverse Sine of 
2599 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2600 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2601 first in radians, then in degrees.
2603 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2604 and vice-versa.
2606 @smallexample
2607 @group
2608 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2609     .              .                      .
2611     45             c r                    c d
2612 @end group
2613 @end smallexample
2615 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2616 dividing two integers produces a floating-point result if the
2617 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2618 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2619 number, instead.
2621 @smallexample
2622 @group
2623 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2624 1:  9              .                    .
2625     .
2627  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2628 @end group
2629 @end smallexample
2631 @noindent
2632 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2633 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2635 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2636 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2637 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2638 elements.)  Calculations involving fractions will always
2639 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2640 what to do when dividing two integers.
2642 @cindex Fractions vs. floats
2643 @cindex Floats vs. fractions
2644 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2645 why would you ever use floating-point numbers instead?
2646 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2648 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2649 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2650 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2651 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2652 recompute for you.
2654 @smallexample
2655 @group
2656 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2657     .                              .                      .
2659    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2660 @end group
2661 @end smallexample
2663 @noindent
2664 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2665 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2666 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2667 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2668 might affect their values.
2670 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2671 @section Arithmetic Tutorial
2673 @noindent
2674 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2675 available in the Calculator.
2677 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2678 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2679 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2680 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2682 @smallexample
2683 @group
2684 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2685     .              .              .              .              .
2687     5              &              &              n              n
2688 @end group
2689 @end smallexample
2691 @cindex Binary operators
2692 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2693 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2694 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2695 a negative prefix.
2697 @smallexample
2698 @group
2699 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2700 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2701 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2702     .                             .          1:  10             .
2703                                                  .
2705 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2706 @end group
2707 @end smallexample
2709 @cindex Unary operators
2710 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2711 stack entries with a numeric prefix, too.
2713 @smallexample
2714 @group
2715 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2716 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2717 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2718     .              .                      .
2720 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2721 @end group
2722 @end smallexample
2724 Notice that the results here are left in floating-point form.
2725 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2726 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2727 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2728 integer.
2730 @smallexample
2731 @group
2732 7:  2.         7:  2          7:  2
2733 6:  2.4        6:  2          6:  2
2734 5:  2.5        5:  2          5:  3
2735 4:  2.6        4:  2          4:  3
2736 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2737 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2738 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2739     .              .              .
2741                   M-7 F        U M-7 R
2742 @end group
2743 @end smallexample
2745 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2746 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2747 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2748 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2749 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2751 @smallexample
2752 @group
2753 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2754 1:  100            .          1:  100            .
2755     .                             .
2757 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2758 @end group
2759 @end smallexample
2761 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2763 @smallexample
2764 @group
2765 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2766 1:  1              .          1:  1              .
2767     .                             .
2769 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2770 @end group
2771 @end smallexample
2773 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2774 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2775 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2776 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2777 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2779 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2780 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2781 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2782 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2783 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2785 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2786 identity 
2787 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2788 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2789 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2790 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2792 @smallexample
2793 @group
2794 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2795 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2796     .              .              .              .
2798  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2799 @end group
2800 @end smallexample
2802 @noindent
2803 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2804 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2806 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2807 of squares, command.
2809 Another identity is 
2810 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2811 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2812 @smallexample
2813 @group
2815 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2816 1:  0.43837        .              .
2817     .
2819     U              /              I T
2820 @end group
2821 @end smallexample
2823 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2824 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2825 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2826 we move in the opposite direction, up and to the left:
2828 @smallexample
2829 @group
2830 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2831 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2832     .              .
2834     U U            M-2 n          /              I T
2835 @end group
2836 @end smallexample
2838 @noindent
2839 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2840 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2841 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2842 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2843 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2844 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2845 to give you a full 360-degree answer.
2847 @smallexample
2848 @group
2849 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2850 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2851     .                         1:  0.43837        .
2852                                   .
2854     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2855 @end group
2856 @end smallexample
2858 @noindent
2859 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2860 point in opposite directions, just as we would expect.
2862 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2863 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2864 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2865 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2866 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2867 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2868 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2869 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2871 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2872 except that it is the @emph{difference}
2873 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2874 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
2875 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2877 @smallexample
2878 @group
2879 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2880 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2881     .              .              .              .              .
2883  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2884 @end group
2885 @end smallexample
2887 @noindent
2888 @cindex Roundoff errors, examples
2889 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2890 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2891 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2892 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2893 error.
2895 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2896 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2897 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2898 0.99999, reasonably close to 1.
2900 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2901 a more reasonable value for @expr{x}!
2903 @cindex Common logarithm
2904 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2905 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2906 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2907 prefix.
2909 @smallexample
2910 @group
2911 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2912     .              .              .              .
2914     1000           L              U              H L
2915 @end group
2916 @end smallexample
2918 @noindent
2919 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2920 and compute a common logarithm instead.
2922 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2923 value of @var{b}.
2925 @smallexample
2926 @group
2927 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2928 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2929     .                                            .
2931  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2932 @end group
2933 @end smallexample
2935 @noindent
2936 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2937 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2938 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2939 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2940 onto the stack.
2942 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2943 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2944 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2945 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2946 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2947 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2948 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2949 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2950 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2951 probably wanted was @samp{1e1000}.
2953 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2954 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2955 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2957 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2958 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2959 which computes the product of all the integers up to a given number.
2961 @smallexample
2962 @group
2963 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2964     .              .                     .              .
2966     100            !                     U c f          !
2967 @end group
2968 @end smallexample
2970 @noindent
2971 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2972 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2973 of a floating-point number, you get a floating-point result
2974 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2975 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2976 in this case).
2978 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2979 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2980 @texline @math{\Gamma(n)}
2981 @infoline @expr{gamma(n)}
2982 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2984 @smallexample
2985 @group
2986 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2987 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2988 1:  5.         1:  120.
2989     .              .
2991                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2992 @end group
2993 @end smallexample
2995 @noindent
2996 Here we verify the identity 
2997 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2998 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3000 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
3001 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
3002 is defined by
3003 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
3004 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
3005 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
3006 formula can become quite large even if the final result is small; the
3007 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
3008 large intermediate values.
3010 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3011 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3012 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3014 @smallexample
3015 @group
3016 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3017 1:  20             .              .
3018     .
3020  30 @key{RET} 20         k c            k f
3021 @end group
3022 @end smallexample
3024 @noindent
3025 You can verify these prime factors by using @kbd{V R *} to multiply
3026 together the elements of this vector.  The result is the original
3027 number, 30045015.
3029 @cindex Hash tables
3030 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3031 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3032 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3034 @smallexample
3035 @group
3036 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3037     .              .              .
3039     10000          k n            I k n
3040 @end group
3041 @end smallexample
3043 @noindent
3044 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3045 10000.
3047 @c [fix-ref Financial Functions]
3048 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3049 commands that deal with business and financial calculations (functions
3050 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3052 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3053 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3054 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3056 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3057 @section Vector/Matrix Tutorial
3059 @noindent
3060 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3061 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3062 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3063 a vector as a list of objects.
3065 @menu
3066 * Vector Analysis Tutorial::
3067 * Matrix Tutorial::
3068 * List Tutorial::
3069 @end menu
3071 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3072 @subsection Vector Analysis
3074 @noindent
3075 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3076 elements, taken pairwise.
3078 @smallexample
3079 @group
3080 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3081     .             1:  [7, 6, 0]         .
3082                       .
3084     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3085 @end group
3086 @end smallexample
3088 @noindent
3089 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3090 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3091 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3092 vectors so we can easily reuse them later.
3094 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3095 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3096 of the vectors.
3098 @smallexample
3099 @group
3100 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3101 1:  [7, 6, 0]         .
3102     .
3104     r 1 r 2           *
3105 @end group
3106 @end smallexample
3108 @cindex Dot product
3109 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3110 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3111 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3112 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3113 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3114 vector.
3116 @smallexample
3117 @group
3118 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3119 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3120 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3121     .                 .
3123     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3124 @end group
3125 @end smallexample
3127 @noindent
3128 First we recall the arguments to the dot product command, then
3129 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3130 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3131 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3132 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3133 is about 56 degrees.
3135 @cindex Cross product
3136 @cindex Perpendicular vectors
3137 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3138 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3139 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3140 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3141 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3142 our computation of the angle using the cross product.
3144 @smallexample
3145 @group
3146 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3147 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3148     .          1:  [7, 6, 0]
3149                    .
3151     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3152 @end group
3153 @end smallexample
3155 @noindent
3156 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3157 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3158 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3159 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3161 @c [fix-ref General Mode Commands]
3162 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3163 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3164 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3165 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3166 prefix keys have this property.)
3168 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3169 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3170 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3172 @smallexample
3173 @group
3174 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3175 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3176     .                                 .
3178     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3179 @end group
3180 @end smallexample
3182 @cindex Normalizing a vector
3183 @cindex Unit vectors
3184 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3185 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3186 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3187 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3189 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3190 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3191 those positions in the form of a vector, and another list of the
3192 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3193 Find the average position of the particle.
3194 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3196 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3197 @subsection Matrices
3199 @noindent
3200 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3201 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3202 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3203 both methods here:
3205 @smallexample
3206 @group
3207 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3208       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3209     .                             .
3211   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3212 @end group
3213 @end smallexample
3215 @noindent
3216 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3218 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3219 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3220 the second example.
3222 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3223 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3224 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3225 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3226 of the right matrix.
3228 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3229 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3231 @smallexample
3232 @group
3233 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3234       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3235     .
3237     @key{RET} *
3238 @end group
3239 @end smallexample
3241 @noindent
3242 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3243 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3244 been left in symbolic form.
3246 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3248 @smallexample
3249 @group
3250 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3251       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3252 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3253       [ 2, 5 ]                                    .
3254       [ 3, 6 ] ]
3255     .
3257     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3258 @end group
3259 @end smallexample
3261 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3262 order of the operands can even change the dimensions of the result
3263 matrix, as happened here!
3265 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3266 single row or column depending on which side of the matrix it is
3267 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3268 as a row or column as appropriate.
3270 @smallexample
3271 @group
3272 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3273       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3274 1:  [1, 2, 3]
3275     .
3277     r 4 r 1                *
3278 @end group
3279 @end smallexample
3281 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3282 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3283 vector.
3285 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3286 of the above 
3287 @texline @math{2\times3}
3288 @infoline 2x3 
3289 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3290 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3291 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3293 @cindex Identity matrix
3294 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3295 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3296 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3297 the original matrix.
3299 @smallexample
3300 @group
3301 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3302       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3303     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3304                              [ 0, 1, 0 ]
3305                              [ 0, 0, 1 ] ]
3306                            .
3308     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3309 @end group
3310 @end smallexample
3312 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3313 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3314 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3315 inverse of a matrix.
3317 @smallexample
3318 @group
3319 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3320       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3321       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3322     .                      .
3324     r 4 r 2 |  s 5         &
3325 @end group
3326 @end smallexample
3328 @noindent
3329 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3330 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3331 our matrix to make it square.
3333 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3335 @smallexample
3336 @group
3337 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3338       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3339       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3340     .                         .
3342     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3343 @end group
3344 @end smallexample
3346 @cindex Systems of linear equations
3347 @cindex Linear equations, systems of
3348 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3349 Suppose we had the following set of equations:
3351 @ifnottex
3352 @group
3353 @example
3354     a + 2b + 3c = 6
3355    4a + 5b + 6c = 2
3356    7a + 6b      = 3
3357 @end example
3358 @end group
3359 @end ifnottex
3360 @tex
3361 \turnoffactive
3362 \beforedisplayh
3363 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3364 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3365    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3366    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3367    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3368   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3369  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3370  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3372 \afterdisplayh
3373 @end tex
3375 @noindent
3376 This can be cast into the matrix equation,
3378 @ifnottex
3379 @group
3380 @example
3381    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3382      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3383      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3384 @end example
3385 @end group
3386 @end ifnottex
3387 @tex
3388 \turnoffactive
3389 \beforedisplay
3390 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3391    \times
3392    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3394 \afterdisplay
3395 @end tex
3397 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3398 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3400 @smallexample
3401 @group
3402 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3403 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3404       [ 4, 5, 6 ]
3405       [ 7, 6, 0 ] ]
3406     .
3408     [6,2,3] r 5            /
3409 @end group
3410 @end smallexample
3412 @noindent
3413 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3414 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3415 inverse.)
3417 Let's verify this solution:
3419 @smallexample
3420 @group
3421 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3422       [ 4, 5, 6 ]                    .
3423       [ 7, 6, 0 ] ]
3424 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3425     .
3427     r 5  @key{TAB}                         *
3428 @end group
3429 @end smallexample
3431 @noindent
3432 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3433 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3434 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3435 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3436 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3437 vectors, use explicit 
3438 @texline @math{N\times1}
3439 @infoline Nx1
3441 @texline @math{1\times N}
3442 @infoline 1xN
3443 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3444 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3446 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3447 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3448 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3449 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3451 @ifnottex
3452 @group
3453 @example
3454    x + a y = 6
3455    x + b y = 10
3456 @end example
3457 @end group
3458 @end ifnottex
3459 @tex
3460 \turnoffactive
3461 \beforedisplay
3462 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3463              x &+ b y = 10}
3465 \afterdisplay
3466 @end tex
3468 @noindent
3469 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3471 @cindex Least-squares for over-determined systems
3472 @cindex Over-determined systems of equations
3473 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3474 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3475 there are no values for the variables that will satisfy all the
3476 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3477 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3478 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3479 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3480 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3481 on the left by the transpose of @expr{A}:
3482 @ifnottex
3483 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3484 @end ifnottex
3485 @tex
3486 \turnoffactive
3487 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3488 @end tex
3489 Now 
3490 @texline @math{A^T A}
3491 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3492 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3493 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3494 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3495 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3496 system:
3498 @ifnottex
3499 @group
3500 @example
3501     a + 2b + 3c = 6
3502    4a + 5b + 6c = 2
3503    7a + 6b      = 3
3504    2a + 4b + 6c = 11
3505 @end example
3506 @end group
3507 @end ifnottex
3508 @tex
3509 \turnoffactive
3510 \beforedisplayh
3511 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3512 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3513    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3514    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3515    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3516   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3517  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3518  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3519  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3521 \afterdisplayh
3522 @end tex
3524 @noindent
3525 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3527 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3528 @subsection Vectors as Lists
3530 @noindent
3531 @cindex Lists
3532 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3533 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3534 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3535 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3536 number.
3538 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3540 @smallexample
3541 @group
3542 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3543 2:  20             .                2:  20
3544 1:  30                              1:  30
3545     .                                   .
3547                    M-3 v p              v u
3548 @end group
3549 @end smallexample
3551 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3552 of many copies of a given value:
3554 @smallexample
3555 @group
3556 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3557     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3558                         .                   .
3560     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3561 @end group
3562 @end smallexample
3564 You can apply an operator to every element of a vector using the
3565 @dfn{map} command.
3567 @smallexample
3568 @group
3569 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3570     .                      .                            .
3572     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3573 @end group
3574 @end smallexample
3576 @noindent
3577 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3578 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3579 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3580 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3581 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3582 of each element.
3584 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3585 from 
3586 @texline @math{2^{-4}}
3587 @infoline @expr{2^-4} 
3588 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3590 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3591 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3592 elements in the vector:
3594 @smallexample
3595 @group
3596 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3597     .              .                           .
3599     123123         k f                         V R *
3600 @end group
3601 @end smallexample
3603 @noindent
3604 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3605 multiply those factors together again to yield the original number.
3607 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3608 reduction:
3610 @smallexample
3611 @group
3612 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3613 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3614     .
3616     r 1 r 2           V M *              V R +
3617 @end group
3618 @end smallexample
3620 @noindent
3621 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3622 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3623 for the dot product as before.
3625 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3626 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3627 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3629 @smallexample
3630 @group
3631 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3632     .                         .
3634     v x 6 @key{RET}                 V U *
3635 @end group
3636 @end smallexample
3638 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3639 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3640 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3641 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3642 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3643 vector size).
3645 @smallexample
3646 @group
3647 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3648     .                         .
3650     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3651 @end group
3652 @end smallexample
3654 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3655 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3656 ``abbreviated'' like this:
3658 @smallexample
3659 @group
3660 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3661     .                         .
3663     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3664 @end group
3665 @end smallexample
3667 @noindent
3668 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3669 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3670 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3671 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3672 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3673 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3674 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3676 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3677 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3678 with the full, unabbreviated value.
3680 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3681 @cindex Fitting data to a line
3682 @cindex Line, fitting data to
3683 @cindex Data, extracting from buffers
3684 @cindex Columns of data, extracting
3685 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3686 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3687 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3688 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3689 of values in a file we have loaded into Emacs:
3691 @smallexample
3692   x        y
3693  ---      ---
3694  1.34    0.234
3695  1.41    0.298
3696  1.49    0.402
3697  1.56    0.412
3698  1.64    0.466
3699  1.73    0.473
3700  1.82    0.601
3701  1.91    0.519
3702  2.01    0.603
3703  2.11    0.637
3704  2.22    0.645
3705  2.33    0.705
3706  2.45    0.917
3707  2.58    1.009
3708  2.71    0.971
3709  2.85    1.062
3710  3.00    1.148
3711  3.15    1.157
3712  3.32    1.354
3713 @end smallexample
3715 @noindent
3716 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3717 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3718 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3719 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3721 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3722 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3723 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3724 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3725 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3726 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3727 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3728 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3730 @smallexample
3731 @group
3732 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3733       [ 1.41, 0.298 ]
3734       @dots{}
3735 @end group
3736 @end smallexample
3738 @noindent
3739 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3740 large matrix.)
3742 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3743 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3744 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3745 of row vectors on the stack.
3747 @smallexample
3748 @group
3749 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3750       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3751     .                                      .
3753     v t                                    v u
3754 @end group
3755 @end smallexample
3757 @noindent
3758 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3760 @smallexample
3761 @group
3762 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3763     .
3765     t 2                             t 1
3766 @end group
3767 @end smallexample
3769 @noindent
3770 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3771 stored value from the stack.)
3773 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3775 @ifnottex
3776 @example
3777 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3778 @end example
3779 @end ifnottex
3780 @tex
3781 \turnoffactive
3782 \beforedisplay
3783 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3784         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3785 \afterdisplay
3786 @end tex
3788 @noindent
3789 where 
3790 @texline @math{\sum x}
3791 @infoline @expr{sum(x)} 
3792 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3793 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3794 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3795 this formula uses.
3797 @smallexample
3798 @group
3799 1:  41.63                 1:  98.0003
3800     .                         .
3802  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3804 @end group
3805 @end smallexample
3806 @noindent
3807 @smallexample
3808 @group
3809 1:  13.613                1:  33.36554
3810     .                         .
3812  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3813 @end group
3814 @end smallexample
3816 @ifnottex
3817 @noindent
3818 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3819 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3820 @samp{sum(x y)}.)
3821 @end ifnottex
3822 @tex
3823 \turnoffactive
3824 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3825 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3826 $\sum x y$.)
3827 @end tex
3829 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3830 the length of either of our lists.
3832 @smallexample
3833 @group
3834 1:  19
3835     .
3837  r 1 v l   t 7
3838 @end group
3839 @end smallexample
3841 @noindent
3842 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3844 Now we grind through the formula:
3846 @smallexample
3847 @group
3848 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3849     .          1:  566.70919      .
3850                    .
3852  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3854 @end group
3855 @end smallexample
3856 @noindent
3857 @smallexample
3858 @group
3859 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3860 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3861     .          1:  1733.0569      .
3862                    .
3864  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3865 @end group
3866 @end smallexample
3868 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3869 be found with the simple formula,
3871 @ifnottex
3872 @example
3873 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3874 @end example
3875 @end ifnottex
3876 @tex
3877 \turnoffactive
3878 \beforedisplay
3879 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3880 \afterdisplay
3881 \vskip10pt
3882 @end tex
3884 @smallexample
3885 @group
3886 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3887     .          1:  21.70658       .              .
3888                    .
3890    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3891 @end group
3892 @end smallexample
3894 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
3895 @texline @math{y \approx m x + b},
3896 @infoline @expr{m x + b}, 
3897 and compare it with the original data.
3899 @smallexample
3900 @group
3901 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3902     .                           .
3904     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3905 @end group
3906 @end smallexample
3908 @noindent
3909 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3910 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3911 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3912 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3914 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3915 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3917 @smallexample
3918 @group
3919 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3920     .                            .                            .
3922     r 2 -                        V M A                        V R X
3923 @end group
3924 @end smallexample
3926 @noindent
3927 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3928 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3929 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3930 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3931 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3932 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3933 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3934 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3935 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3937 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3938 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3939 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3940 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3941 may require additional steps to view the graphs.)
3943 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3944 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3945 command does everything you need to do for simple, straightforward
3946 plotting of data.
3948 @smallexample
3949 @group
3950 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3951 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3952     .
3954     r 1 r 2    g f
3955 @end group
3956 @end smallexample
3958 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3959 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3960 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3961 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3962 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3963 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3965 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3966 @ifinfo
3967 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3968 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3969 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3970 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
3971 @end ifinfo
3973 @smallexample
3974 @group
3975 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3976 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3977     .
3979     @key{DEL} r 0    g a  g p
3980 @end group
3981 @end smallexample
3983 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3984 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3985 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3987 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3988 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3989 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3990 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3991 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3992 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3994 @cindex Geometric mean
3995 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3996 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3997 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3998 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3999 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4000 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4002 @example
4003 2.3  6  22  15.1  7
4004   15  14  7.5
4005   2.5
4006 @end example
4008 @noindent
4009 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4010 with or without surrounding vector brackets.
4011 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4013 @ifnottex
4014 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4015 us that the alternating sum of binomial coefficients
4016 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4017 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4018 always comes out to zero.  Let's verify this
4019 for @expr{n=6}.
4020 @end ifnottex
4021 @tex
4022 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4023 us that the alternating sum of binomial coefficients
4024 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4025 always comes out to zero.  Let's verify this
4026 for \cite{n=6}.
4027 @end tex
4029 @smallexample
4030 @group
4031 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4032     .                             .
4034     v x 7 @key{RET}                     1 -
4036 @end group
4037 @end smallexample
4038 @noindent
4039 @smallexample
4040 @group
4041 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4042     .                                        .
4044     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4045 @end group
4046 @end smallexample
4048 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4049 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4050 inside this expression represents the argument to the function.
4051 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4052 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4054 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4055 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4056 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4057 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4058 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4059 would act exactly like @kbd{-}.
4061 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4062 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4063 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4064 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4065 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4066 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4067 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4068 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4069 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4070 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4071 property that a nameless function is not actually evaluated until
4072 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4073 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4074 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4075 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4077 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4078 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4079 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4080 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4082 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4083 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4084 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4085 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4086 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4087 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4089 @cindex Divisor functions
4090 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4091 @tex
4092 $\sigma_k(n)$
4093 @end tex
4094 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4095 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4096 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4097 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4098 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4100 @cindex Square-free numbers
4101 @cindex Duplicate values in a list
4102 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4103 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4104 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4105 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4106 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4107 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4108 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4110 @cindex Triangular lists
4111 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4112 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4113 command to enable multi-line display of vectors.)
4115 @smallexample
4116 @group
4117 1:  [ [1],
4118       [1, 2],
4119       [1, 2, 3],
4120       [1, 2, 3, 4],
4121       [1, 2, 3, 4, 5],
4122       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4123 @end group
4124 @end smallexample
4126 @noindent
4127 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4129 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4131 @smallexample
4132 @group
4133 1:  [ [0],
4134       [1, 2],
4135       [3, 4, 5],
4136       [6, 7, 8, 9],
4137       [10, 11, 12, 13, 14],
4138       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4139 @end group
4140 @end smallexample
4142 @noindent
4143 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4145 @cindex Maximizing a function over a list of values
4146 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4147 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4148 @texline @math{J_1(x)}
4149 @infoline @expr{J1} 
4150 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4151 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4152 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4153 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4154 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4155 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4156 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4158 @cindex Digits, vectors of
4159 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4160 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4161 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4162 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4163 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4164 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4165 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4166 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4167 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4168 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4170 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4171 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4172 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4174 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4175 is @cpi{}.  The area of the 
4176 @texline @math{2\times2}
4177 @infoline 2x2
4178 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4179 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4180 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4181 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4182 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4183 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4184 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4185 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4186 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4187 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4189 @cindex Matchstick problem
4190 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4191 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4192 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4193 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4194 a line turns out to be 
4195 @texline @math{2/\pi}.
4196 @infoline @expr{2/pi}.  
4197 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4198 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4199 one turns out to be 
4200 @texline @math{6/\pi^2}.
4201 @infoline @expr{6/pi^2}.
4202 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4203 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4205 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4206 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4207 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4208 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4209 which is just an integer that represents the value of that string.
4210 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4211 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4212 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4213 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4214 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4215 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4216 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4217 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4218 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4219 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4220 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4221 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4222 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4224 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4225 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4226 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4227 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4228 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4229 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4230 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4231 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4232 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4233 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4234 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4235 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4237 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4238 @section Types Tutorial
4240 @noindent
4241 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4242 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4244 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4245 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4246 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4247 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4248 which can exactly represent any rational number.
4250 @smallexample
4251 @group
4252 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4253     .          1:  49             .              .              .
4254                    .
4256     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4257 @end group
4258 @end smallexample
4260 @noindent
4261 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4262 would normally divide integers to get a floating-point result.
4263 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4264 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4265 fraction beginning with 49.
4267 You can convert between floating-point and fractional format using
4268 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4270 @smallexample
4271 @group
4272 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4273     .                       .
4275     c f                     c F
4276 @end group
4277 @end smallexample
4279 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4280 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4281 same, to within the current precision.
4283 @smallexample
4284 @group
4285 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4286     .                   .                    .            .
4288     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4289 @end group
4290 @end smallexample
4292 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4293 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4294 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4295 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4297 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4299 @smallexample
4300 @group
4301 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4302     .          .             .              .              .
4304     9 n        Q             c p            2 *            Q
4305 @end group
4306 @end smallexample
4308 @noindent
4309 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4310 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4311 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4312 operations are defined on both types of complex numbers.
4314 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4315 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4316 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4317 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4318 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4319 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4320 algebraic entry.
4322 @smallexample
4323 @group
4324 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4325 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4326     .              .              .              .
4328 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4329 @end group
4330 @end smallexample
4332 @noindent
4333 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4334 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4335 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4336 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4337 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4338 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4339 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4340 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4341 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4342 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4343 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4344 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4345 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4347 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4348 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4349 to turn on Infinite mode.
4351 @smallexample
4352 @group
4353 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4354 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4355 1:  0              .              .              .
4356     .
4358   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4359 @end group
4360 @end smallexample
4362 @noindent
4363 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4364 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4365 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4366 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4367 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4368 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4369 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4370 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4371 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4372 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4373 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4374 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4375 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4376 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4377 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4378 that matter, with anything else.
4380 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4381 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4382 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4383 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4384 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4386 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4387 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4388 a complex number?  Can it stand for infinity?
4389 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4391 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4392 seconds.
4394 @smallexample
4395 @group
4396 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4397     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4398                                         .
4400   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4401 @end group
4402 @end smallexample
4404 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4405 seconds.
4407 @smallexample
4408 @group
4409 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4410     .              .              .                     .
4412     0.5            I T            c h                   S
4413 @end group
4414 @end smallexample
4416 @noindent
4417 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4418 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4419 functions will accept HMS forms directly as input.
4421 @cindex Beatles
4422 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4423 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4424 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4425 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4426 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4428 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4429 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4430 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4432 @smallexample
4433 @group
4434 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4435 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4436     .
4438 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4439 @end group
4440 @end smallexample
4442 @noindent
4443 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4444 number of days between them.  It is also possible to add an
4445 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4446 date form.
4448 @smallexample
4449 @group
4450 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4451     .                                    .
4453     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4454 @end group
4455 @end smallexample
4457 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4458 @noindent
4459 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4460 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4461 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4462 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4463 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4464 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4466 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4467 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4469 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4470 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4472 @cindex Slope and angle of a line
4473 @cindex Angle and slope of a line
4474 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4475 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4476 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4477 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4478 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4479 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4481 @smallexample
4482 @group
4483 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4484     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4485                      .
4487     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4488 @end group
4489 @end smallexample
4491 @noindent
4492 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4493 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4494 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4496 @cindex Torus, volume of
4497 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4498 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4499 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4500 where @expr{R} is the radius of the circle that
4501 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4502 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4503 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4504 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4506 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4507 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4508 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4509 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4510 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4512 @smallexample
4513 @group
4514 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4515     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4516                       .
4518   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4519 @end group
4520 @end smallexample
4522 @noindent
4523 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4524 is sure to lie in the range shown.
4526 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4527 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4528 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4529 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4530 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4531 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4532 the other.
4534 @smallexample
4535 @group
4536 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4537     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4538                                       .
4540   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4541 @end group
4542 @end smallexample
4544 @noindent
4545 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4546 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4547 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4548 or both endpoints.
4550 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4551 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4552 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4553 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4554 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4556 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4557 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4558 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4559 If not, which of these will result in a larger interval?
4560 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4562 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4563 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4564 or 24 hours.
4566 @smallexample
4567 @group
4568 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4569     .                .                .                .
4571     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4572 @end group
4573 @end smallexample
4575 @noindent
4576 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4577 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4578 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4579 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4580 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4582 @smallexample
4583 @group
4584 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4585     .                .                .                .
4587     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4588 @end group
4589 @end smallexample
4591 @noindent
4592 These two calculations get the same answer, but the first one is
4593 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4594 that arises in the second one.
4596 @cindex Fermat, primality test of
4597 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4598 says that 
4599 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4600 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4601 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4602 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4603 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4604 informally if a number is prime by trying this formula for several
4605 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4606 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4608 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4609 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4610 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4611 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4613 @smallexample
4614 @group
4615 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4616     .                                 .
4618     x time @key{RET}                        n
4619 @end group
4620 @end smallexample
4622 @noindent
4623 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4625 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4626 is about 
4627 @texline @math{\pi \times 10^7}
4628 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4629 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4630 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4632 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4633 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4634 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4635 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4636 of music.  Should you order single or double packages?
4637 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4639 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4640 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4641 application of algebraic expressions, where we use variables with
4642 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4643 like centimeters and inches.
4645 @smallexample
4646 @group
4647 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4648     .               .                .                   .
4650     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4651 @end group
4652 @end smallexample
4654 @noindent
4655 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4656 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4657 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4658 which in this case means meters.
4660 @smallexample
4661 @group
4662 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4663     .              .                  .              .
4665  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4667 @end group
4668 @end smallexample
4669 @noindent
4670 @smallexample
4671 @group
4672 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4673     .                .                     .
4675     u s              2 ^                   u c cgs
4676 @end group
4677 @end smallexample
4679 @noindent
4680 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4681 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4682 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4683 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4684 being interpreted as unit names.
4686 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4687 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4688 as its standard unit of length.
4690 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4692 @smallexample
4693 @group
4694 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4695     .              .                  .                     .
4697  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4698 @end group
4699 @end smallexample
4701 @noindent
4702 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4703 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4704 finally in terms of fractions of the speed of light.
4706 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4707 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4708 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4709 units there is no difference, but temperature units have an offset
4710 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4711 for them.
4713 @smallexample
4714 @group
4715 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4716     .                 .                    .                 .
4718   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4719 @end group
4720 @end smallexample
4722 @noindent
4723 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4724 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4725 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4726 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4727 for easier comparison with the other result.
4729 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4730 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4731 When you use this method, you're responsible for remembering which
4732 numbers are in which units:
4734 @smallexample
4735 @group
4736 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4737     .              .                        .
4739     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4740 @end group
4741 @end smallexample
4743 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4744 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4745 at the units table.
4747 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4748 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4750 @cindex Speed of light
4751 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4752 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4753 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4754 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4755 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4757 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4758 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4759 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4760 swallow and still travel legally on most US highways?
4761 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4763 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4764 @section Algebra and Calculus Tutorial
4766 @noindent
4767 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4768 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4769 formulas.
4771 @menu
4772 * Basic Algebra Tutorial::
4773 * Rewrites Tutorial::
4774 @end menu
4776 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4777 @subsection Basic Algebra
4779 @noindent
4780 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4781 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4782 formulas as regular data objects.
4784 @smallexample
4785 @group
4786 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4787     .                   .                   .
4789     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4790 @end group
4791 @end smallexample
4793 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4794 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4795 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4797 There are also commands for doing common algebraic operations on
4798 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4800 @smallexample
4801 @group
4802 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4803     .                                     .
4805     a x                                   a c x @key{RET}
4806 @end group
4807 @end smallexample
4809 @noindent
4810 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4811 terms involving like powers of @expr{x}.
4813 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4814 is one-half.
4816 @smallexample
4817 @group
4818 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4819     .                           .
4821     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4822 @end group
4823 @end smallexample
4825 @noindent
4826 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4827 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4828 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4829 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4830 back to its original value, if any.
4832 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4833 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4834 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4835 properly.)
4837 @cindex Maximum of a function using Calculus
4838 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4839 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4840 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4841 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4842 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4843 the function has a local maximum there.
4845 @smallexample
4846 @group
4847 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4848     .                           .
4850     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4851 @end group
4852 @end smallexample
4854 @noindent
4855 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4856 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4858 @smallexample
4859 @group
4860 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
4861     .                          .                            .
4863     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
4865 @end group
4866 @end smallexample
4867 @noindent
4868 @smallexample
4869 @group
4870 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
4871     .                          .
4873     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4874 @end group
4875 @end smallexample
4877 @noindent
4878 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
4879 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
4880 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
4882 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4884 @smallexample
4885 @group
4886 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4887     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4888                        .                   .
4890     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4891 @end group
4892 @end smallexample
4894 @noindent
4895 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4896 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4897 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4898 to delete the @samp{x}.)
4900 @smallexample
4901 @group
4902 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4903 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4904     .                                  .
4906     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4907 @end group
4908 @end smallexample
4910 @noindent
4911 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4912 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4913 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4915 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4916 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
4917 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4918 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4919 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4920 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4921 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4923 @smallexample
4924 @group
4925 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4926     .                      .                       .
4928     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4929 @end group
4930 @end smallexample
4932 @noindent
4933 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4934 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4935 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4936 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4937 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4939 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4940 into the original formula.
4942 @smallexample
4943 @group
4944 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4945 1:  x = 1.19023 s1            .
4946     .
4948     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4949 @end group
4950 @end smallexample
4952 @noindent
4953 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4954 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4955 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4957 It's clear that this will have the same value for either sign of
4958 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4960 @smallexample
4961 @group
4962 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4963 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4964     .
4966   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4967 @end group
4968 @end smallexample
4970 @noindent
4971 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4972 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4973 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4974 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4975 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4976 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4977 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4978 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4979 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4980 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4982 If there had been several different values, we could have used
4983 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4985 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4986 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4987 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4988 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4989 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4990 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4991 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4992 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4994 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4995 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4996 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4997 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4998 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4999 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5001 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
5002 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5003 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5004 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5006 @smallexample
5007 @group
5008 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5009 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5010     .                        .
5012     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5013 @end group
5014 @end smallexample
5016 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
5018 @smallexample
5019 @group
5020                3
5021 2:  34 x - 24 x
5023       ____   ____
5024      V 51   V 51
5025 1:  [-----, -----, 0]
5026        6     -6
5028     .
5030     d B
5031 @end group
5032 @end smallexample
5034 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5035 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5036 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5037 and La@TeX{} mode.
5039 @smallexample
5040 @group
5041 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5042 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5043     .                                     .
5045     d C                                   d F
5047 @end group
5048 @end smallexample
5049 @noindent
5050 @smallexample
5051 @group
5052 3:  34 x - 24 x^3
5053 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5054 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5055     .
5057     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5058 @end group
5059 @end smallexample
5061 @noindent
5062 As you can see, language modes affect both entry and display of
5063 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5064 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5065 and notations for vectors and matrices.
5067 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5068 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5069 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5070 produced by the various language modes to make sure they are fully
5071 correct.
5073 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5074 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5075 are shown in normal mode.)
5077 @cindex Area under a curve
5078 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5079 This is simply the integral of the function:
5081 @smallexample
5082 @group
5083 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5084     .                          .
5086     r 1                        a i x
5087 @end group
5088 @end smallexample
5090 @noindent
5091 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5092 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5094 @smallexample
5095 @group
5096 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5097 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5099    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5100 @end group
5101 @end smallexample
5103 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5104 of 
5105 @texline @math{x \sin \pi x}
5106 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5107 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5108 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5109 3}. (@bullet{})
5111 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5112 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5113 under the curve 
5114 @texline @math{\sin x \ln x}
5115 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5116 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5117 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5118 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5119 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5121 @cindex Integration, numerical
5122 @cindex Numerical integration
5123 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5124 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5125 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5126 We can save some time by reducing the working precision.
5128 @smallexample
5129 @group
5130 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5131 2:  1                       .
5132 1:  0.1
5133     .
5135  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5136 @end group
5137 @end smallexample
5139 @noindent
5140 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5141 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5143 @smallexample
5144 @group
5145 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5146 1:  sin(x) ln(x)                    .
5147     .
5149     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5151 @end group
5152 @end smallexample
5153 @noindent
5154 @smallexample
5155 @group
5156 1:  3.4195     0.34195
5157     .          .
5159     V R +      0.1 *
5160 @end group
5161 @end smallexample
5163 @noindent
5164 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5165 to Radians mode?)
5167 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5168 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5169 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5170 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5171 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5172 is the same for every box.)
5174 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5175 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5177 @smallexample
5178 @group
5179 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5180     .                   .
5182     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5183 @end group
5184 @end smallexample
5186 @noindent
5187 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5188 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5189 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5191 @smallexample
5192 @group
5193 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5194     .                        .                            .
5196     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5197 @end group
5198 @end smallexample
5200 @noindent
5201 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5202 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5203 (Taylor series converge better away from singularities in the
5204 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5205 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5206 of @expr{x=1}.)
5208 @cindex Simpson's rule
5209 @cindex Integration by Simpson's rule
5210 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5211 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5212 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5213 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5214 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5215 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5216 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5217 down to the formula,
5219 @ifnottex
5220 @example
5221 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5222               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5223 @end example
5224 @end ifnottex
5225 @tex
5226 \turnoffactive
5227 \beforedisplay
5228 $$ \displaylines{
5229       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5230    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5231 } $$
5232 \afterdisplay
5233 @end tex
5235 @noindent
5236 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5237 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5238 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5239 method:
5241 @ifnottex
5242 @example
5243 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5244           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5245 @end example
5246 @end ifnottex
5247 @tex
5248 \turnoffactive
5249 \beforedisplay
5250 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5251            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5252 \afterdisplay
5253 @end tex
5255 Compute the integral from 1 to 2 of 
5256 @texline @math{\sin x \ln x}
5257 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5258 using Simpson's rule with 10 slices.  
5259 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5261 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5262 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5263 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5264 result until the current precision is satisfied.
5266 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5267 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5268 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5269 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5270 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5271 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5272 details and examples.
5274 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5275 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5277 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5278 @subsection Rewrite Rules
5280 @noindent
5281 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5282 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5283 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5284 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5286 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5288 @smallexample
5289 @group
5290 1:  2 / cos(x)^2 - 2 tan(x)^2
5291     .
5293     ' 2/cos(x)^2 - 2tan(x)^2 @key{RET}   s 1
5294 @end group
5295 @end smallexample
5297 @noindent
5298 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5299 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5300 denominator.  The @kbd{I a s} command will do the former and the @kbd{a n}
5301 algebra command will do the latter, but we'll do both with rewrite
5302 rules just for practice.
5304 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5306 @smallexample
5307 @group
5308 1:  2 / cos(x)^2 - 2 sin(x)^2 / cos(x)^2
5309     .
5311     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5312 @end group
5313 @end smallexample
5315 @noindent
5316 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5317 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5318 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5319 it as a rewrite rule.)
5321 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5322 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5323 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5324 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5325 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5326 the actual variable @samp{x}.
5328 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5329 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5330 substituted with the things they matched.  So the result is
5331 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5332 mix this in with the rest of the original formula.
5334 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5336 @smallexample
5337 @group
5338 1:  (2 - 2 sin(x)^2) / cos(x)^2
5339     .
5341     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5342 @end group
5343 @end smallexample
5345 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5346 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5347 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5348 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5349 denominators.
5351 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5352 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5353 the subformula @samp{cos(x)^2}; Calc never confuses the two meanings of
5354 @samp{x}.
5356 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5357 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5358 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5359 @samp{a = 2}, @samp{b = -2 sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)^2}.
5361 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5362 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5363 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5364 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5365 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5366 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5368 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5369 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5370 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5371 would be @samp{@w{2 - 2 sin(x)^2} := 2 cos(x)^2}, but a little thought shows
5372 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5373 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5374 situations, too.
5376 @smallexample
5377 @group
5378 1:  (2 + 2 cos(x)^2 - 2) / cos(x)^2           1:  2
5379     .                                            .
5381     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5382 @end group
5383 @end smallexample
5385 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5386 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5387 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5388 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5389 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5390 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5391 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5392 having to retype it.
5394 @smallexample
5395 @group
5396 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5397 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5398 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5400 1:  2 / cos(x)^2 - 2 tan(x)^2      1:  2
5401     .                                  .
5403     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5404 @end group
5405 @end smallexample
5407 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5408 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5409 the edited value back into the variable. 
5410 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5412 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5413 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5414 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5415 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5416 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5417 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5418 another good reason to store your rules in variables rather than
5419 entering them on the fly.
5421 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5422 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5423 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5424 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5425 to be expanded by the distributive law; do this with another
5426 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5428 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5429 a variable containing a vector of rules.
5431 @smallexample
5432 @group
5433 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5434     .                                 .
5436     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5438 @end group
5439 @end smallexample
5440 @noindent
5441 @smallexample
5442 @group
5443 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5444     .                                 .
5446     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5447 @end group
5448 @end smallexample
5450 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5451 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5452 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5453 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5454 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5455 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5457 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5458 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5459 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5460 only one rewrite at a time.
5462 @smallexample
5463 @group
5464 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5465     .                                     .
5467     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5468 @end group
5469 @end smallexample
5471 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5472 of rewrites that occur.
5474 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5475 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5477 @smallexample
5478 @group
5479 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5480     .
5482     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5484 @end group
5485 @end smallexample
5486 @noindent
5487 @smallexample
5488 @group
5489 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5490     .
5492     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5493 @end group
5494 @end smallexample
5496 @noindent
5497 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5498 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5500 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5501 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5502 This is because they are special-constant variables.  The special
5503 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5504 A common error with rewrite
5505 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5506 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5507 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5509 @cindex Fibonacci numbers
5510 @ignore
5511 @starindex
5512 @end ignore
5513 @tindex fib
5514 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5515 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5516 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5517 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5518 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5520 @smallexample
5521 @group
5522 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5524 1:  fib(7)               1:  13
5525     .                        .
5527     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5528 @end group
5529 @end smallexample
5531 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5532 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5533 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5534 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5535 be used preferentially.
5537 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5538 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5539 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5540 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5541 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5542 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5543 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5545 @smallexample
5546 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5547 @end smallexample
5549 @noindent
5550 Now:
5552 @smallexample
5553 @group
5554 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5555     .                                 .
5557     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5558 @end group
5559 @end smallexample
5561 @noindent
5562 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5563 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5564 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5565 apply these rules automatically by storing them in the special
5566 variable @code{EvalRules}.
5568 @smallexample
5569 @group
5570 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5571     .                                       .
5573     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5574 @end group
5575 @end smallexample
5577 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5578 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5579 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5581 @smallexample
5582 @group
5583 fib(6) =
5584 fib(5)              +               fib(4) =
5585 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5586 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5587 @end group
5588 @end smallexample
5590 @noindent
5591 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5592 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5593 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5594 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5595 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5596 @code{EvalRules}) and add another condition:
5598 @smallexample
5599 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5600 @end smallexample
5602 @noindent
5603 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5604 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5605 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5606 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5607 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5608 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5610 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5611 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5613 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5614 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5615 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5616 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5617 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5619 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5620 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5621 un-store the variable.
5623 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5624 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5625 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5626 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5627 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5628 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5629 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5630 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5631 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5633 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5634 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5635 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5636 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5638 @example
5639 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5640 @end example
5642 @noindent
5643 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5644 to 1.''
5646 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5647 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5648 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5649 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5650 and one for @samp{b}.
5652 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5653 on the stack and tried to use the rule
5654 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5655 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5657 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5658 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5659 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5660 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5661 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5662 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5663 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5664 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5665 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5666 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5667 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5668 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5669 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5670 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5672 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5673 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5674 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5675 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5676 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5677 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5679 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5680 infinite series that exactly equals the value of that function at
5681 values of @expr{x} near zero.
5683 @ifnottex
5684 @example
5685 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5686 @end example
5687 @end ifnottex
5688 @tex
5689 \turnoffactive
5690 \beforedisplay
5691 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5692 \afterdisplay
5693 @end tex
5695 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5696 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5697 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5698 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5699 that records what was the lowest term that was truncated.
5701 @ifnottex
5702 @example
5703 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5704 @end example
5705 @end ifnottex
5706 @tex
5707 \turnoffactive
5708 \beforedisplay
5709 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5710 \afterdisplay
5711 @end tex
5713 @noindent
5714 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5715 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5717 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5718 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5719 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5720 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5721 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5722 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5723 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5724 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5725 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5727 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5728 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5729 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5731 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5733 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5734 @section Programming Tutorial
5736 @noindent
5737 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5738 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5739 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5740 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5741 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5742 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5744 One very limited form of programming is defining your own functions.
5745 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5746 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5747 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5748 case @kbd{z} prefix.
5750 @smallexample
5751 @group
5752 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5753     .                                     .
5755     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5756 @end group
5757 @end smallexample
5759 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5760 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5761 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5762 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5763 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5764 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5765 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5766 arguments?''
5768 @smallexample
5769 @group
5770 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5771     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5772                    .          1:  myexp(a + 1)
5773                                   .
5775     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5776 @end group
5777 @end smallexample
5779 @noindent
5780 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5781 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5782 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5783 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5784 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5785 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5786 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5788 @cindex Sine integral Si(x)
5789 @ignore
5790 @starindex
5791 @end ignore
5792 @tindex Si
5793 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5794 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5795 @infoline @expr{Si(x)} 
5796 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5797 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5798 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5799 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5800 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5801 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5802 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5803 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5804 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5805 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5806 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5807 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5808 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5810 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5811 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5812 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5813 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5814 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5816 @smallexample
5817 @group
5818 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5819     .                        .
5821     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5823 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5824     .                        .
5826     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5827 @end group
5828 @end smallexample
5830 @noindent
5831 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5832 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5833 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5834 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5835 re-execute the same keystrokes.
5837 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5839 @smallexample
5840 @group
5841 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5842                        .                   .
5844   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5845 @end group
5846 @end smallexample
5848 @noindent
5849 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5850 @kbd{z} to call it up.
5852 Keyboard macros can call other macros.
5854 @smallexample
5855 @group
5856 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5857     .                 .                           .            .
5859  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5860 @end group
5861 @end smallexample
5863 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5864 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5865 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5867 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5868 the following functions:
5870 @enumerate
5871 @item
5872 Compute 
5873 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5874 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
5875 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5877 @item
5878 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5879 the arguments are taken in the opposite order.
5881 @item
5882 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5883 the stack.
5884 @end enumerate
5885 @noindent
5886 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5888 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5889 the average (mean) value of a list of numbers.
5890 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5892 In many programs, some of the steps must execute several times.
5893 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5894 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5896 @smallexample
5897 @group
5898 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5899     .            1:  4             .
5900                      .
5902   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5903 @end group
5904 @end smallexample
5906 @noindent
5907 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5908 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5909 This structure pops a repeat count from the stack, then
5910 executes the body of the loop that many times.
5912 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5913 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5915 @cindex Fibonacci numbers
5916 Here's another example:
5918 @smallexample
5919 @group
5920 3:  1               2:  10946
5921 2:  1               1:  17711
5922 1:  20                  .
5923     .
5925 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5926 @end group
5927 @end smallexample
5929 @noindent
5930 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5931 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5932 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5933 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5935 @cindex Golden ratio
5936 @cindex Phi, golden ratio
5937 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5938 Fibonacci number can be found directly by computing 
5939 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5940 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5941 and then rounding to the nearest integer, where 
5942 @texline @math{\phi} (``phi''),
5943 @infoline @expr{phi}, 
5944 the ``golden ratio,'' is 
5945 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5946 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
5947 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5948 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5950 @smallexample
5951 @group
5952 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5953     .                   .                    .                    .
5955     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5956 @end group
5957 @end smallexample
5959 @cindex Continued fractions
5960 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5961 representation of 
5962 @texline @math{\phi}
5963 @infoline @expr{phi} 
5964 is 
5965 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5966 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5967 We can compute an approximate value by carrying this however far
5968 and then replacing the innermost 
5969 @texline @math{1/( \ldots )}
5970 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
5971 by 1.  Approximate
5972 @texline @math{\phi}
5973 @infoline @expr{phi} 
5974 using a twenty-term continued fraction.
5975 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5977 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5978 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5979 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5980 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5981 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5982 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5983 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5985 @cindex Harmonic numbers
5986 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5987 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5988 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5990 @smallexample
5991 @group
5992 3:  0               1:  3.597739
5993 2:  1                   .
5994 1:  20
5995     .
5997 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5998 @end group
5999 @end smallexample
6001 @noindent
6002 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6003 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6004 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6005 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6006 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6007 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6008 uses a step of one.
6010 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6011 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6012 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6014 @smallexample
6015 @group
6016 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6017     .         1:  20                                  .
6018                   .
6020     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6021 @end group
6022 @end smallexample
6024 @noindent
6025 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6026 variable (and removes that value from the stack).
6028 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6029 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6030 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6031 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6032 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6033 probably easier than using loops.  However, there are some
6034 situations where loops really are the way to go:
6036 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6037 harmonic number which is greater than 4.0.
6038 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6040 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6041 we have to worry about the programs clobbering values that the
6042 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6043 fix, though:
6045 @smallexample
6046 @group
6047     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6048                  .                .          2:  3.597739
6049                                              1:  0.6667
6050                                                  .
6052    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6053 @end group
6054 @end smallexample
6056 @noindent
6057 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6058 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6059 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6060 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6061 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6062 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6063 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6064 the contents of the stack, and the values of named variables,
6065 survive past the @kbd{Z '} command.
6067 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6068 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6069 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6070 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6071 by the formula 
6072 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6073 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6074 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6075 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6076 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6077 numbers are very large fractions.)
6079 @smallexample
6080 @group
6081 1:  10               1:  0.0756823
6082     .                    .
6084     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6085 @end group
6086 @end smallexample
6088 @noindent
6089 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6090 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6091 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6092 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6093 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6094 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6095 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6097 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6099 @smallexample
6100 @group
6101 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6102 2:  5:66             .              .              .              .
6103 1:  0.0757575
6104     .
6106 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
6107 @end group
6108 @end smallexample
6110 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6111 Bernoulli numbers.
6113 @smallexample
6114 @group
6115 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6116 2:  2                  .
6117 1:  30
6118     .
6120  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6121 @end group
6122 @end smallexample
6124 @noindent
6125 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6126 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6127 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6128 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6129 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6130 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6131 sequence of keystrokes.)
6133 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6134 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6135 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6136 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6137 ``while'' and ``until'' style loops.
6139 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6140 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6141 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6142 then enter the real one in the edit command.
6144 @smallexample
6145 @group
6146 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6147     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6149                                         1                          ;; calc digits
6150                                         RET                        ;; calc-enter
6151                                         2                          ;; calc digits
6152                                         +                          ;; calc-plus
6154 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6155 @end group
6156 @end smallexample
6158 @noindent
6159 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6160 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6161 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6162 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6163 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6164 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6165 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6166 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6167 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6168 @code{C-} and @code{M-}.
6170 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6171 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6172 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6173 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6174 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6176 @smallexample
6177 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6178 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6179 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6180 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6181 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6182 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6183 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6184 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6185 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6186 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6187 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6188 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6189 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6190 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6191 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6192 @end smallexample
6194 @noindent
6195 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6197 @smallexample
6198 @group
6199 1:  20         1:  3.597739
6200     .              .
6202     20             z h
6203 @end group
6204 @end smallexample
6206 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6207 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6208 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6209 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6210 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6211 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6212 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6214 @example
6215 @group
6216 Z ` 0 t 1
6217     1 TAB
6218     Z (  & s + 1  1 Z )
6219     r 1
6220 Z '
6221 @end group
6222 @end example
6224 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6225 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6226 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6227 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6228 this formula over and over:
6230 @ifnottex
6231 @example
6232 new_x = x - f(x)/f'(x)
6233 @end example
6234 @end ifnottex
6235 @tex
6236 \beforedisplay
6237 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6238 \afterdisplay
6239 @end tex
6241 @noindent
6242 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6243 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6244 @texline @math{x_{\rm new}}
6245 @infoline @expr{new_x} 
6246 and @expr{x} will be equal to within the limits
6247 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6248 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6249 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6250 is zero.  Use it to find a solution of 
6251 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6252 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6253 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6254 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6255 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6257 @cindex Digamma function
6258 @cindex Gamma constant, Euler's
6259 @cindex Euler's gamma constant
6260 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6261 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6262 @infoline @expr{psi(z)}
6263 is defined as the derivative of 
6264 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6265 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6266 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6268 @ifnottex
6269 @example
6270 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6271 @end example
6272 @end ifnottex
6273 @tex
6274 \beforedisplay
6275 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6276    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6278 \afterdisplay
6279 @end tex
6281 @noindent
6282 where 
6283 @texline @math{\sum}
6284 @infoline @expr{sum} 
6285 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6286 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6287 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6288 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6289 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6290 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6291 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6292 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6293 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6294 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6295 Fortunately, we can compute 
6296 @texline @math{\psi(1)}
6297 @infoline @expr{psi(1)} 
6298 from 
6299 @texline @math{\psi(5)}
6300 @infoline @expr{psi(5)} 
6301 using the recurrence 
6302 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6303 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6304 Your task:  Develop a program to compute 
6305 @texline @math{\psi(z)};
6306 @infoline @expr{psi(z)}; 
6307 it should ``pump up'' @expr{z}
6308 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6309 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6310 to compute 
6311 @texline @math{\gamma}
6312 @infoline @expr{gamma} 
6313 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6314 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6315 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6317 @cindex Polynomial, list of coefficients
6318 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6319 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6320 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6321 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6322 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6323 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6324 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6325 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6327 @cindex Recursion
6328 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6329 first kind} are defined by the recurrences,
6331 @ifnottex
6332 @example
6333 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6334 s(n,0) = 0   for n > 0,
6335 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6336 @end example
6337 @end ifnottex
6338 @tex
6339 \turnoffactive
6340 \beforedisplay
6341 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6342              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6343              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6344                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6346 \afterdisplay
6347 \vskip5pt
6348 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6349 @end tex
6351 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6352 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6353 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6354 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6355 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6356 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6357 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6358 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6359 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6360 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6361 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6362 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6363 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6364 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6365 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6366 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6367 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6368 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6370 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6371 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6372 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6373 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6374 program can:
6376 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6377 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6378 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6379 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6381 @example
6383 @end example
6384 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6385 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6386 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6387 @c [not-split]
6388 The rest of this manual tells the whole story.
6389 @c [when-split]
6390 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6392 @page
6393 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6394 @section Answers to Exercises
6396 @noindent
6397 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6399 @menu
6400 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6401 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6402 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6403 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6404 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6405 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6406 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6407 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6408 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6409 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6410 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6411 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6412 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6413 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6414 * Vector Answer 2::        Average position
6415 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6416 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6417 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6418 * List Answer 1::          Powers of two
6419 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6420 * List Answer 3::          Geometric mean
6421 * List Answer 4::          Divisor function
6422 * List Answer 5::          Duplicate factors
6423 * List Answer 6::          Triangular list
6424 * List Answer 7::          Another triangular list
6425 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6426 * List Answer 9::          Integers the hard way
6427 * List Answer 10::         All elements equal
6428 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6429 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6430 * List Answer 13::         Hash codes
6431 * List Answer 14::         Random walk
6432 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6433 * Types Answer 2::         Infinities
6434 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6435 * Types Answer 4::         Abbey Road
6436 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6437 * Types Answer 6::         Leap years
6438 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6439 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6440 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6441 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6442 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6443 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6444 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6445 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6446 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6447 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6448 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6449 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6450 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6451 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6452 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6453 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6454 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6455 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6456 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6457 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6458 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6459 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6460 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6461 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6462 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6463 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6464 * Programming Answer 8::   Newton's method
6465 * Programming Answer 9::   Digamma function
6466 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6467 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6468 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6469 @end menu
6471 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6472 @c being entered on the table of contents.
6473 @tex
6474 \global\let\oldwrite=\write
6475 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6476 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6477 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6478 @end tex
6480 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6481 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6483 @noindent
6484 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6486 The result is 
6487 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6488 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6490 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6491 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6493 @noindent
6494 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6495 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6497 After computing the intermediate term 
6498 @texline @math{2\times4 = 8},
6499 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6500 you can leave that result on the stack while you compute the second
6501 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6502 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6504 @smallexample
6505 @group
6506 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6507 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6508     .                         1:  9.5            .
6509                                   .
6511   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6513 @end group
6514 @end smallexample
6515 @noindent
6516 @smallexample
6517 @group
6518 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6519 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6520 2:  5          1:  1.25           .
6521 1:  4              .
6522     .
6524   5 @key{RET} 4          /              +              +
6525 @end group
6526 @end smallexample
6528 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6529 with the third term.
6531 @smallexample
6532 @group
6533 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6534 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6535     .                         1:  4              .
6536                                   .
6538    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6539 @end group
6540 @end smallexample
6542 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6543 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6544 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6545 you choose is purely a matter of taste.
6547 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6548 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6550 @noindent
6551 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6553 @smallexample
6554 @group
6555 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6556 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6557 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6558     .              .          1:  1              .              .
6559                                   .
6561                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6562 @end group
6563 @end smallexample
6565 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6567 @smallexample
6568 @group
6569 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6570 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6571 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6572     .              .              .              .              .
6574                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6575 @end group
6576 @end smallexample
6578 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6579 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6581 @noindent
6582 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6583 but using both the comma and the space at once yields:
6585 @smallexample
6586 @group
6587 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6588     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6589                    .                             .              .
6591     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6592 @end group
6593 @end smallexample
6595 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6596 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6597 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6598 deletes just one component out of that object, so he had to press
6599 @key{DEL} twice to finish the job.
6601 @smallexample
6602 @group
6603 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6604 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6605     .              .              .
6607                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6608 @end group
6609 @end smallexample
6611 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6612 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6613 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6614 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6616 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6617 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6619 @noindent
6620 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6622 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6623 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6625 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6626 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6627 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6629 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6630 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6632 @noindent
6633 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6634 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6635 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6636 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6638 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6639 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6641 @noindent
6642 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6643 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6644 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6645 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6646 times anything is zero.''
6648 @c [fix-ref Infinities]
6649 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6650 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6651 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6652 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6653 further discussion of infinite and indeterminate values.
6655 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6656 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6658 @noindent
6659 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6660 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6661 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6662 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6663 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6664 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6666 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6667 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6668 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6669 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6670 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6671 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6672 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6673 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6674 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6675 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6676 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6678 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6679 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6680 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6681 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6682 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6683 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6684 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6685 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6686 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6687 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6689 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6690 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6691 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6692 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6693 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6694 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6695 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6696 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6697 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6698 to tell two distinct numbers apart.
6700 An interesting side note is that most computers store their
6701 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6702 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6703 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6704 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6705 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6706 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6707 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6708 in decimal display mode.
6710 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6711 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6712 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6713 you use a relatively unusual radix like 3.
6715 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6716 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6718 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6719 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6720 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6721 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6722 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6723 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6724 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6725 way to enter this number.
6727 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6728 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6729 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6730 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6731 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6732 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6733 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6735 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6736 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6738 @noindent
6739 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6741 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6742 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6743 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6744 their inputs.
6746 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6747 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6748 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6749 place (according to the current precision).  They are useful for
6750 determining facts like this.
6752 @smallexample
6753 @group
6754 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6755     .                       .
6757     45 S                    2 ^
6759 @end group
6760 @end smallexample
6761 @noindent
6762 @smallexample
6763 @group
6764 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6765     .                       .                       .
6767     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6768 @end group
6769 @end smallexample
6771 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6772 all the way.  The only number in the original problem which was known
6773 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6774 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6775 for the higher precision to be meaningful.
6777 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6778 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6780 @noindent
6781 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6782 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6783 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6784 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6785 of time.
6787 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6788 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6789 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6790 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6791 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6792 calculation of the sum will not have this problem.
6794 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6795 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6796 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6798 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6799 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6801 @noindent
6802 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6803 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6804 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6805 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6806 with a precision of 6 this will be rounded to 
6807 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6808 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6809 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6811 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6812 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6813 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6814 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6815 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6816 format.
6818 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6819 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6821 @noindent
6822 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6823 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6825 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6826 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6827 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6828 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6830 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6831 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6833 @noindent
6834 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6835 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6837 @smallexample
6838 @group
6839 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6840     .          1:  3.74165738677      .                       .
6841                    .
6843     r 1            @key{RET} A              /                       A
6844 @end group
6845 @end smallexample
6847 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6848 indeed have unit length.
6850 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6851 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6853 @noindent
6854 The average position is equal to the sum of the products of the
6855 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6856 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6857 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6859 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6860 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6862 @noindent
6863 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6864 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6866 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6867 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6869 @ifnottex
6870 @example
6871 @group
6872    x + a y = 6
6873    x + b y = 10
6874 @end group
6875 @end example
6876 @end ifnottex
6877 @tex
6878 \turnoffactive
6879 \beforedisplay
6880 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6881              x &+ b y = 10}
6883 \afterdisplay
6884 @end tex
6886 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6887 matrix as usual.
6889 @smallexample
6890 @group
6891 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
6892     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6893                      [ 1, b ] ]
6894                    .
6896 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6897 @end group
6898 @end smallexample
6900 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6901 mode:
6903 @smallexample
6904 @group
6905           4 a     4
6906 1:  [6 - -----, -----]
6907          b - a  b - a
6908 @end group
6909 @end smallexample
6911 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6913 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6914 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6916 @noindent
6917 To solve 
6918 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6919 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
6920 first we compute
6921 @texline @math{A' = A^T A}
6922 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
6923 and 
6924 @texline @math{B' = A^T B};
6925 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
6926 now, we have a system 
6927 @texline @math{A' X = B'}
6928 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
6929 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6931 @ifnottex
6932 @example
6933 @group
6934     a + 2b + 3c = 6
6935    4a + 5b + 6c = 2
6936    7a + 6b      = 3
6937    2a + 4b + 6c = 11
6938 @end group
6939 @end example
6940 @end ifnottex
6941 @tex
6942 \turnoffactive
6943 \beforedisplayh
6944 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6945 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6946    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6947    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6948    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6949   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6950  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6951  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6952  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6954 \afterdisplayh
6955 @end tex
6957 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6958 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6959 @texline @math{B'}
6960 @infoline @expr{B2} 
6961 vector.
6963 @smallexample
6964 @group
6965 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6966       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6967       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6968       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6969     .                             .
6971 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6972 @end group
6973 @end smallexample
6975 @noindent
6976 Now we compute the matrix 
6977 @texline @math{A'}
6978 @infoline @expr{A2} 
6979 and divide.
6981 @smallexample
6982 @group
6983 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6984 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6985       [ 72, 81, 60 ]
6986       [ 39, 60, 81 ] ]
6987     .
6989     r 7 v t r 7 *             /
6990 @end group
6991 @end smallexample
6993 @noindent
6994 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6995 round-off error.)
6997 Notice that the answers are similar to those for the 
6998 @texline @math{3\times3}
6999 @infoline 3x3
7000 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
7001 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7002 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7003 answer since the 
7004 @texline @math{4\times3}
7005 @infoline 4x3
7006 system would be equivalent to the original 
7007 @texline @math{3\times3}
7008 @infoline 3x3
7009 system.)
7011 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7012 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7013 the original system of equations to see how well they match.
7015 @smallexample
7016 @group
7017 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7018 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7019       [ 4, 5, 6 ]
7020       [ 7, 6, 0 ]
7021       [ 2, 4, 6 ] ]
7022     .
7024     r 7                            @key{TAB} *
7025 @end group
7026 @end smallexample
7028 @noindent
7029 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7030 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7032 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7033 @subsection List Tutorial Exercise 1
7035 @noindent
7036 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7037 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7038 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7039 plain @samp{-} key will work just as well.
7041 @smallexample
7042 @group
7043 2:  2                              2:  2
7044 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7045     .                                  .
7047     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7048 @end group
7049 @end smallexample
7051 @noindent
7052 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7053 vector.
7055 @smallexample
7056 @group
7057 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7058     .
7060     V M ^
7061 @end group
7062 @end smallexample
7064 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7065 @subsection List Tutorial Exercise 2
7067 @noindent
7068 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7069 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7071 @ifnottex
7072 @example
7073    m*x + b*1 = y
7074 @end example
7075 @end ifnottex
7076 @tex
7077 \turnoffactive
7078 \beforedisplay
7079 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7080 \afterdisplay
7081 @end tex
7083 Thus we want a 
7084 @texline @math{19\times2}
7085 @infoline 19x2
7086 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7087 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7088 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7090 @smallexample
7091 @group
7092 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7093 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7094     .                                 [ 1.49, 1 ]
7095                                       @dots{}
7097     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7098 @end group
7099 @end smallexample
7101 @noindent
7102 Now we compute 
7103 @texline @math{A^T y}
7104 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7105 and 
7106 @texline @math{A^T A}
7107 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7108 and divide.
7110 @smallexample
7111 @group
7112 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7113     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7114                                 [  41.63,   19   ] ]
7115                               .
7117  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7118 @end group
7119 @end smallexample
7121 @noindent
7122 (Hey, those numbers look familiar!)
7124 @smallexample
7125 @group
7126 1:  [0.52141679, -0.425978]
7127     .
7129     /
7130 @end group
7131 @end smallexample
7133 Since we were solving equations of the form 
7134 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7135 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7136 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7137 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7138 @kbd{V R}!
7140 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7141 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7142 arithmetic functions!
7144 @c [fix-ref Curve Fitting]
7145 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7146 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7148 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7149 @subsection List Tutorial Exercise 3
7151 @noindent
7152 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7153 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7154 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7156 @smallexample
7157 @group
7158 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7159     .
7160 @end group
7161 @end smallexample
7163 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7164 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7166 @smallexample
7167 @group
7168 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7169 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7170     .                          .
7172     @key{RET}                        V R *
7174 @end group
7175 @end smallexample
7176 @noindent
7177 @smallexample
7178 @group
7179 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7180 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7181     .                          .
7183     @key{TAB}                        v l                 I ^
7184 @end group
7185 @end smallexample
7187 @noindent
7188 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7189 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7190 then raise the number to that power.)
7192 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7193 @subsection List Tutorial Exercise 4
7195 @noindent
7196 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7197 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7198 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7199 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7201 @smallexample
7202 @group
7203 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7204 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7205     .                       .
7207  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7208 @end group
7209 @end smallexample
7211 @noindent
7212 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7214 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7215 The first divisor function is the sum of the divisors.
7217 @smallexample
7218 @group
7219 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7220            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7221            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7222                .
7224    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7225 @end group
7226 @end smallexample
7228 @noindent
7229 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7230 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7232 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7233 @subsection List Tutorial Exercise 5
7235 @noindent
7236 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7237 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7238 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7239 the list with a copy of itself shifted over by one.
7241 @smallexample
7242 @group
7243 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7244     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7245                            .                        .
7247     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7249 @end group
7250 @end smallexample
7251 @noindent
7252 @smallexample
7253 @group
7254 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7255     .                        .              .
7257     V M a =                  V R +          0 a =
7258 @end group
7259 @end smallexample
7261 @noindent
7262 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7263 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7264 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7265 the job is pretty straightforward.
7267 Incidentally, Calc provides the 
7268 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7269 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7270 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7271 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7273 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7274 @subsection List Tutorial Exercise 6
7276 @noindent
7277 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7278 to get a list of lists of integers!
7280 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7281 @subsection List Tutorial Exercise 7
7283 @noindent
7284 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7285 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7287 @smallexample
7288 @group
7289 1:  [ [0],
7290       [0, 1],
7291       [0, 1, 2],
7292       @dots{}
7294     1 -
7295 @end group
7296 @end smallexample
7298 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7299 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7300 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7301 can be computed directly by the formula 
7302 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7303 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7305 @smallexample
7306 @group
7307 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7308 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7309     .                           .
7311     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7312 @end group
7313 @end smallexample
7315 @noindent
7316 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7317 result:
7319 @smallexample
7320 @group
7321 1:  [ [0],
7322       [1, 2],
7323       [3, 4, 5],
7324       [6, 7, 8, 9],
7325       [10, 11, 12, 13, 14],
7326       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7327       .
7329       V M +
7330 @end group
7331 @end smallexample
7333 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7334 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7335 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7336 triangular list.
7338 @smallexample
7339 @group
7340 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7341 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7342     .                           .
7344     @key{RET}                         V M V R +
7345 @end group
7346 @end smallexample
7348 @noindent
7349 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7350 since each element of the main vector is itself a small vector,
7351 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7353 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7354 @subsection List Tutorial Exercise 8
7356 @noindent
7357 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7359 @smallexample
7360 @group
7361 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7362     .                       .                       .
7364     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7365 @end group
7366 @end smallexample
7368 Next, we compute the Bessel function values.
7370 @smallexample
7371 @group
7372 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7373     .
7375     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7376 @end group
7377 @end smallexample
7379 @noindent
7380 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7382 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7383 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7385 @smallexample
7386 @group
7387 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7388 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7389     .                                                     .
7391     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7392 @end group
7393 @end smallexample
7395 @noindent
7396 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7397 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7398 @texline @math{\sin x}
7399 @infoline @expr{sin(x)}
7400 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7402 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7403 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7404 this back into the corresponding value itself.
7406 @smallexample
7407 @group
7408 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7409 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7410     .
7412     r 1                         V M *                    V R +
7413 @end group
7414 @end smallexample
7416 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7417 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7418 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7419 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7420 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7421 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7423 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7424 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7425 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7427 @smallexample
7428 @group
7429 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7430 1:  [0 .. 5]                       .
7431     .
7433 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7434 @end group
7435 @end smallexample
7437 @noindent
7438 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7439 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7440 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7442 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7443 @subsection List Tutorial Exercise 9
7445 @noindent
7446 Step one is to convert our integer into vector notation.
7448 @smallexample
7449 @group
7450 1:  25129925999           3:  25129925999
7451     .                     2:  10
7452                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7453                               .
7455     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7457 @end group
7458 @end smallexample
7459 @noindent
7460 @smallexample
7461 @group
7462 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7463 2:  [100000000000, ... ]         .
7464     .
7466     V M ^   s 1                  V M \
7467 @end group
7468 @end smallexample
7470 @noindent
7471 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7473 @smallexample
7474 @group
7475 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7476     .
7478     10 V M %   s 2
7479 @end group
7480 @end smallexample
7482 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7483 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7484 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7485 the right of it are nines.
7487 @smallexample
7488 @group
7489 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7490     .                                          .
7492     9 V M a =                                  v v
7494 @end group
7495 @end smallexample
7496 @noindent
7497 @smallexample
7498 @group
7499 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7500     .                              .
7502     V U *                          v v 1 |
7503 @end group
7504 @end smallexample
7506 @noindent
7507 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7508 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7509 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7510 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7511 rightmost digit.
7513 @smallexample
7514 @group
7515 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7516 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7517     .
7519     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7520 @end group
7521 @end smallexample
7523 @noindent
7524 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7525 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7526 digits that generated them.
7528 Finally, we must convert this list back into an integer.
7530 @smallexample
7531 @group
7532 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7533 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7534 1:  [100000000000, ... ]          .
7535     .
7537     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7539 @end group
7540 @end smallexample
7541 @noindent
7542 @smallexample
7543 @group
7544 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7545     .                                            .
7547     V M *                                        V R +
7548 @end group
7549 @end smallexample
7551 @noindent
7552 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7553 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7555 @smallexample
7556 @group
7557 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7558     .                             .
7560                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7561 @end group
7562 @end smallexample
7564 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7565 @subsection List Tutorial Exercise 10
7567 @noindent
7568 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7569 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7570 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7571 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7573 Here's a more correct method:
7575 @smallexample
7576 @group
7577 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7578     .                    1:  7
7579                              .
7581   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7583 @end group
7584 @end smallexample
7585 @noindent
7586 @smallexample
7587 @group
7588 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7589     .                        .
7591     V M a =                  V R *
7592 @end group
7593 @end smallexample
7595 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7596 @subsection List Tutorial Exercise 11
7598 @noindent
7599 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7600 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7601 and a vector of @expr{y^2}.
7603 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7604 commands.
7606 @smallexample
7607 @group
7608 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7609 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7610     .                              .
7612  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7614 @end group
7615 @end smallexample
7616 @noindent
7617 @smallexample
7618 @group
7619 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7620 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7621     .                              .
7623     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7624 @end group
7625 @end smallexample
7627 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7628 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7630 @smallexample
7631 @group
7632 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7633     .                              .                     .
7635     +                              1 V M a <             V R +
7636 @end group
7637 @end smallexample
7639 @noindent
7640 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7642 @smallexample
7643 @group
7644 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7645     .              .          1:  3.14159        .
7647     100 /          4 *            P              /
7648 @end group
7649 @end smallexample
7651 @noindent
7652 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7653 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7654 not very efficient!
7656 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7657 will be slightly different from the one shown here!)
7659 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7660 return to full-sized display of vectors.
7662 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7663 @subsection List Tutorial Exercise 12
7665 @noindent
7666 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7667 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7668 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7669 component for one end of the match, pick a random direction 
7670 @texline @math{\theta},
7671 @infoline @expr{theta},
7672 and see if @expr{x} and 
7673 @texline @math{x + \cos \theta}
7674 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7675 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7676 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7677 numbers surround an integer.
7679 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7680 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7681 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7682 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7683 to estimate @cpi{}!)
7685 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7686 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7687 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7688 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7689 Pick random @expr{x} and 
7690 @texline @math{\theta},
7691 @infoline @expr{theta}, 
7692 compute
7693 @texline @math{x + \cos \theta},
7694 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7695 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7697 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7698 commands.
7700 @smallexample
7701 @group
7702 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7703     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7704                                    .
7706 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7707 @end group
7708 @end smallexample
7710 @noindent
7711 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7713 @smallexample
7714 @group
7715 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7716 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7717     .
7719     m d  V M C                     +
7721 @end group
7722 @end smallexample
7723 @noindent
7724 @smallexample
7725 @group
7726 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7727     .                        .                   .
7729     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7730 @end group
7731 @end smallexample
7733 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7734 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7735 a random integer.
7737 @smallexample
7738 @group
7739 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7740 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7741     .                                      .
7743     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7745 @end group
7746 @end smallexample
7747 @noindent
7748 @smallexample
7749 @group
7750 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7751     .                        .                      .
7753     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7755 @end group
7756 @end smallexample
7757 @noindent
7758 @smallexample
7759 @group
7760 1:  10.714        1:  3.273
7761     .                 .
7763     6 @key{TAB} /           Q
7764 @end group
7765 @end smallexample
7767 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7768 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7770 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7771 return to full-sized display of vectors.
7773 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7774 @subsection List Tutorial Exercise 13
7776 @noindent
7777 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7779 @smallexample
7780 @group
7781 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7782     .
7784     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7785 @end group
7786 @end smallexample
7788 @noindent
7789 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7790 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7791 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7792 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7794 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7795 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7796 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7797 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7799 @smallexample
7800 @group
7801 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7802 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7803     .                              .
7805     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7807 @end group
7808 @end smallexample
7809 @noindent
7810 @smallexample
7811 @group
7812 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7813 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7814     .
7816     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7817 @end group
7818 @end smallexample
7820 @noindent
7821 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7822 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7823 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7824 function of two arguments that computes its first argument times three
7825 plus its second argument.
7827 @smallexample
7828 @group
7829 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7830     .                              .
7832     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7833 @end group
7834 @end smallexample
7836 @noindent
7837 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7838 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7839 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7841 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7842 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7843 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7844 without affecting the result.  While this means there are more
7845 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7846 the operations are faster.
7848 @smallexample
7849 @group
7850 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7851     .                              .
7853     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7854 @end group
7855 @end smallexample
7857 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7858 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7859 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7860 So the result when we take the modulo after every step is,
7862 @ifnottex
7863 @example
7864 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7865 @end example
7866 @end ifnottex
7867 @tex
7868 \turnoffactive
7869 \beforedisplay
7870 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7871 \afterdisplay
7872 @end tex
7874 @noindent
7875 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7876 the distributive law yields
7878 @ifnottex
7879 @example
7880 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7881 @end example
7882 @end ifnottex
7883 @tex
7884 \turnoffactive
7885 \beforedisplay
7886 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7887 \afterdisplay
7888 @end tex
7890 @noindent
7891 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7892 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7893 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7894 @expr{n' = 3m + n},
7896 @ifnottex
7897 @example
7898 9 a + 3 b + c - 511 n'
7899 @end example
7900 @end ifnottex
7901 @tex
7902 \turnoffactive
7903 \beforedisplay
7904 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7905 \afterdisplay
7906 @end tex
7908 @noindent
7909 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7910 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7912 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7913 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7914 modulo some value @var{m}.
7916 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7917 @subsection List Tutorial Exercise 14
7919 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7920 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7921 otherwise the problem is quite straightforward.
7923 @smallexample
7924 @group
7925 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7926 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7927     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7928                      ...
7930     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7931 @end group
7932 @end smallexample
7934 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7935 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7936 before nesting even begins.
7938 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7939 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7940 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7942 @smallexample
7943 @group
7944 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7945 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7946     .
7948     v t  v u  g f
7949 @end group
7950 @end smallexample
7952 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7953 independent in this case, we could have done two separate commands
7954 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7956 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7957 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7958 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7959 we might want to lower the precision a bit for it.
7961 @smallexample
7962 @group
7963 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7964 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7965     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7966                      ...
7968     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7969 @end group
7970 @end smallexample
7972 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7974 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7975 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7976 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7977 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7978 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7979 Schwartz.)
7981 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7982 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7984 @noindent
7985 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7986 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7988 @smallexample
7989 @group
7990 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7991     .                    .                    .
7993                          2 ^ P /              c F
7994 @end group
7995 @end smallexample
7997 @noindent
7998 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7999 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8000 happens to be the fraction which most closely represents some
8001 irrational number to within 12 digits.
8003 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8004 precision slightly and try again:
8006 @smallexample
8007 @group
8008 1:  0.509433962268     1:  27:53
8009     .                      .
8011     U p 10 @key{RET}             c F
8012 @end group
8013 @end smallexample
8015 @noindent
8016 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8017 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8018 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
8019 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8021 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8022 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8023 to the current precision before they begin.
8025 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8026 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8028 @noindent
8029 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8030 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8032 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8033 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8034 far as Calc is concerned all infinities are the same size.
8035 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8036 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8037 @expr{x} is not relevant here.
8039 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8040 the input is infinite.
8042 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8043 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8044 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8045 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8046 because, once again, all infinities are the same size.
8048 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8049 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8050 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8051 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8053 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8054 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8056 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8057 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8058 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8059 treat @samp{ln(0)} as an error.
8061 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8062 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8064 @noindent
8065 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8066 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8067 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8068 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8069 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8070 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8072 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8073 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8074 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8075 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8077 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8078 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8079 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8080 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8081 unable to tell what the true answer is.
8083 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8084 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8086 @smallexample
8087 @group
8088 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8089 1:  17                          .
8090     .
8092     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8093 @end group
8094 @end smallexample
8096 @noindent
8097 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8099 @smallexample
8100 @group
8101 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8102 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8103     .
8105     20"                      +                      17 *
8106 @end group
8107 @end smallexample
8109 @noindent
8110 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8112 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8113 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8115 @noindent
8116 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8117 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8118 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8120 @smallexample
8121 @group
8122 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8123     .                         .                        .
8125     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8126 @end group
8127 @end smallexample
8129 @noindent
8130 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8132 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8133 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8134 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8135 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8136 argument is exactly what we want to map over:
8138 @smallexample
8139 @group
8140 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8141 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8142     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8143                                .
8145     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8146 @end group
8147 @end smallexample
8149 @noindent
8150 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8152 @smallexample
8153 @group
8154 1:  242
8155     .
8157 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8158 @end group
8159 @end smallexample
8161 @noindent
8162 And the answer to our original question:  242 days to go.
8164 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8165 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8167 @noindent
8168 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8169 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8170 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8171 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8172 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8173 don't know the leap year rule.
8175 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8176 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8177 the number of days between now and then, and compare that to the
8178 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8179 equal to the number of leap years there were.
8181 @smallexample
8182 @group
8183 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8184     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8185                                .
8187   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8189 @end group
8190 @end smallexample
8191 @noindent
8192 @smallexample
8193 @group
8194 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8195 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8196 1:  1991              .               .
8197     .
8199   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8200 @end group
8201 @end smallexample
8203 @c [fix-ref Date Forms]
8204 @noindent
8205 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8206 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8207 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8208 background information in that regard.)
8210 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8211 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8213 @noindent
8214 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8215 @samp{+/-} notation may be used.
8217 @smallexample
8218 @group
8219 1:  1.              2:  1.
8220     .               1:  0.2
8221                         .
8223     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8224 @end group
8225 @end smallexample
8227 Now we simply chug through the formula.
8229 @smallexample
8230 @group
8231 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8232     .                    .                        .
8234     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8235 @end group
8236 @end smallexample
8238 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8239 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8241 @smallexample
8242 @group
8243 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8244 2:  6316.5                1:  0.1118
8245 1:  706.21                    .
8246     .
8248     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8249 @end group
8250 @end smallexample
8252 @noindent
8253 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8255 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8256 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8258 @noindent
8259 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8260 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8261 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8262 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8263 but with no upper bound.
8265 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8267 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8268 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8269 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8270 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8272 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8273 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8274 as a possible value.
8276 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8277 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8278 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8279 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8280 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8281 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8282 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8283 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8284 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8285 that interval arithmetic can do in this case.
8287 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8288 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8290 @smallexample
8291 @group
8292 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8293     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8294                         .                 .
8296     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8297 @end group
8298 @end smallexample
8300 @noindent
8301 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8302 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8303 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8305 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8306 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8307 for different numbers.
8309 The same issue arises when you try to square an error form.
8311 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8312 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8314 @noindent
8315 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8317 @smallexample
8318 @group
8319 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8320     .                      811749612              .
8321                            .
8323     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8324 @end group
8325 @end smallexample
8327 @noindent
8328 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8329 must not be prime.
8331 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8332 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8333 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8334 use this method to test the second number.
8336 @smallexample
8337 @group
8338 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8339 1:  15485863                           .
8340     .
8342  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8343 @end group
8344 @end smallexample
8346 @noindent
8347 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8348 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8350 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8351 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8352 the power using full integer arithmetic.
8354 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8355 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8356 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8357 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8359 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8360 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8362 @noindent
8363 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8364 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8365 multiply the number by an HMS form representing one second:
8367 @smallexample
8368 @group
8369 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8370     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8371                           .
8373     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8375 @end group
8376 @end smallexample
8377 @noindent
8378 @smallexample
8379 @group
8380 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8381 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8382     .
8384     x time @key{RET}                         +
8385 @end group
8386 @end smallexample
8388 @noindent
8389 It will be just after six in the morning.
8391 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8392 HMS form:
8394 @smallexample
8395 @group
8396 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8397     .                                 .
8399   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8400 @end group
8401 @end smallexample
8403 @noindent
8404 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8405 the actual number 3.14159...
8407 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8408 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8410 @noindent
8411 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8412 each.
8414 @smallexample
8415 @group
8416 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8417 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8418     .
8420     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8422 @end group
8423 @end smallexample
8424 @noindent
8425 @smallexample
8426 @group
8427 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8428     .
8430     17 *
8431 @end group
8432 @end smallexample
8434 @noindent
8435 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8437 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8438 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8440 @noindent
8441 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8443 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8444 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8446 @noindent
8447 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8448 to the other?
8450 @smallexample
8451 @group
8452 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8453     .                 .
8455  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8456 @end group
8457 @end smallexample
8459 @noindent
8460 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8462 @smallexample
8463 @group
8464 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8465 2:  4.1 ns            .                       .
8466     .
8468   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8469 @end group
8470 @end smallexample
8472 @noindent
8473 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8474 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8475 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8477 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8478 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8480 @noindent
8481 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8482 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8484 @smallexample
8485 @group
8486 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8487     .              1:  5 yd / hr            .
8488                        .
8490   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8491 @end group
8492 @end smallexample
8494 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8495 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8496 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8498 @smallexample
8499 @group
8500 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8501     .            1:  2                .
8502                      .
8504     u s              2                B
8505 @end group
8506 @end smallexample
8508 @noindent
8509 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8511 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8512 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8514 @noindent
8515 @c [fix-ref Declarations]
8516 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8517 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8518 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8519 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8520 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8521 that @expr{x} is known to be real.)
8523 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8524 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8526 @noindent
8527 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8528 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8529 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8530 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8531 familiar form.
8533 @smallexample
8534 @group
8535 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8536     .                          .
8538     r 2                        a P x @key{RET}
8540 @end group
8541 @end smallexample
8542 @noindent
8543 @smallexample
8544 @group
8545 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8546     .                                     .
8548     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8550 @end group
8551 @end smallexample
8552 @noindent
8553 @smallexample
8554 @group
8555 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8556     .                          .
8558     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8559 @end group
8560 @end smallexample
8562 @noindent
8563 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8564 same as the original polynomial.
8566 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8567 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8569 @smallexample
8570 @group
8571 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8572     .                       .
8574   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8576 @end group
8577 @end smallexample
8578 @noindent
8579 @smallexample
8580 @group
8581 1:  [y, 1]
8582 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8583     .
8585   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8587 @end group
8588 @end smallexample
8589 @noindent
8590 @smallexample
8591 @group
8592 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8593     .
8595     V M $ @key{RET}
8597 @end group
8598 @end smallexample
8599 @noindent
8600 @smallexample
8601 @group
8602 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8603     .
8605     V R -
8607 @end group
8608 @end smallexample
8609 @noindent
8610 @smallexample
8611 @group
8612 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8613     .
8615     =
8617 @end group
8618 @end smallexample
8619 @noindent
8620 @smallexample
8621 @group
8622 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8623     .
8625     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8626 @end group
8627 @end smallexample
8629 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8630 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8632 @noindent
8633 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8634 the contributions from the slices, since the slices have varying
8635 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8636 coefficients.  Here's one way:
8638 @smallexample
8639 @group
8640 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8641 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8642     .                      .
8644     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8646 @end group
8647 @end smallexample
8648 @noindent
8649 @smallexample
8650 @group
8651 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8652     .                          .
8654     1 |                        1 @key{TAB} |
8655 @end group
8656 @end smallexample
8658 @noindent
8659 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8660 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8662 @smallexample
8663 @group
8664 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8665 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8666     .
8668  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8670 @end group
8671 @end smallexample
8672 @noindent
8673 @smallexample
8674 @group
8675 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8676 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8677     .
8679     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8680 @end group
8681 @end smallexample
8683 @noindent
8684 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8685 same thing.
8687 @smallexample
8688 @group
8689 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8690     .              .              .
8692     *              .1 *           3 /
8693 @end group
8694 @end smallexample
8696 @noindent
8697 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8699 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8700 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8702 @noindent
8703 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8705 @smallexample
8706 @group
8707                                                ___
8708                                           2 + V 2
8709 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8710     .                                          ___
8711                                           1 + V 2
8713                                           .
8715   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8716 @end group
8717 @end smallexample
8719 @noindent
8720 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8722 @smallexample
8723 @group
8724           ___    ___
8725 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8726     .
8728   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8730 @end group
8731 @end smallexample
8732 @noindent
8733 @smallexample
8734 @group
8735          ___                         ___
8736 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8737     .                               .
8739   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8740 @end group
8741 @end smallexample
8743 @noindent
8744 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8745 second step.)
8747 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8748 different circumstances, such as when the denominator involves
8749 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8751 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8752 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8754 @noindent
8755 Here is the rule set:
8757 @smallexample
8758 @group
8759 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8760   fib(1, x, y) := x,
8761   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8762 @end group
8763 @end smallexample
8765 @noindent
8766 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8767 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8768 second rule converts back from three-argument form once the computation
8769 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8770 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8771 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8772 numbers.
8774 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8775 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8776 the other rules because the rule set would never get that far unless
8777 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8778 extra conditions need to be checked at every step.
8780 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8781 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8782 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8783 help keep this from happening by accident would be to use something like
8784 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8785 function.
8787 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8788 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8790 @noindent
8791 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8792 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8793 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8794 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8795 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8796 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8797 to make sure the rule applied only once.
8799 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8800 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8801 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8802 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8803 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8804 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8805 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8806 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8807 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8809 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8810 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8812 @noindent
8813 @ignore
8814 @starindex
8815 @end ignore
8816 @tindex seq
8817 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8819 @smallexample
8820 @group
8821 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8822   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8823 @end group
8824 @end smallexample
8826 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8827 rules produces the following sequence of formulas:
8829 @example
8830 seq( 3, 1)
8831 seq(10, 2)
8832 seq( 5, 3)
8833 seq(16, 4)
8834 seq( 8, 5)
8835 seq( 4, 6)
8836 seq( 2, 7)
8837 seq( 1, 8)
8838 @end example
8840 @noindent
8841 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8843 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8845 @smallexample
8846 @group
8847 [ seq(n) := seq(n, 0),
8848   seq(1, c) := c,
8849   ... ]
8850 @end group
8851 @end smallexample
8853 @noindent
8854 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8855 as the result.
8857 The change to return a vector is quite simple:
8859 @smallexample
8860 @group
8861 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8862   seq(1, v) := v | 1,
8863   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8864   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8865 @end group
8866 @end smallexample
8868 @noindent
8869 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8871 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8872 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8873 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8874 initial value is suitable before the computation begins.
8876 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8877 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8878 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8879 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8880 apply and the rewrites will stop right away.
8882 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8883 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8885 @noindent
8886 @ignore
8887 @starindex
8888 @end ignore
8889 @tindex nterms
8890 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8891 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8892 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8894 @smallexample
8895 @group
8896 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8897   nterms(x)     := 1 ]
8898 @end group
8899 @end smallexample
8901 @noindent
8902 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8903 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8904 already know that @samp{x} is not a sum.
8906 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8907 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8909 @noindent
8910 Here is a rule set that will do the job:
8912 @smallexample
8913 @group
8914 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8915   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8916      :: constant(a) :: constant(b),
8917   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8918      :: constant(a) :: constant(b),
8919   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8920   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8921   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8922 @end group
8923 @end smallexample
8925 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8926 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8927 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8928 say, @code{O}, first.
8930 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8931 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8932 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8933 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8934 you if you put it into @code{EvalRules}!
8936 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8937 The optional constant coefficients are there mostly so that
8938 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8939 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8941 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8943 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8944 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8945 with @samp{a = 1/4}.)
8947 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8948 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8949 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8950 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8951 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8953 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8955 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8956 that represents truncated power series.  We might represent these as
8957 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8958 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8959 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8960 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8961 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8962 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8963 you could still enter power series in exactly the same notation as
8964 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8965 although the objects would be a bit harder to read.
8967 @c [fix-ref Compositions]
8968 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8969 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8970 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8971 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8972 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8973 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8974 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8975 objects have a special display format that makes them look like
8976 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8977 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8978 this it would probably be better to write the formatting routine
8979 in Lisp.)
8981 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8982 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8984 @noindent
8985 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8986 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8987 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8988 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8989 to be used within @code{ninteg}.
8991 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8992 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8994 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8995 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8997 @noindent
8998 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8999 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9001 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9002 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9004 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9005 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9006 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9008 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9009 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9011 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9012 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9014 @noindent
9015 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9016 algebraic entry, whichever way you prefer:
9018 @noindent
9019 Computing 
9020 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9021 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9023 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9025 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9027 @noindent
9028 Computing the logarithm:
9030 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9032 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9034 @noindent
9035 Computing the vector of integers:
9037 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9038 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9039 from the stack.)
9041 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9042 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9043 next command.)
9045 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9047 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9048 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9050 @noindent
9051 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9053 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9054 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9056 @smallexample
9057 @group
9058 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9059 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9060     .                                            .
9062    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9063 @end group
9064 @end smallexample
9066 @noindent
9067 This answer is quite accurate.
9069 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9070 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9072 @noindent
9073 Here is the matrix:
9075 @example
9076 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9077   [ 1, 1 ] ]
9078 @end example
9080 @noindent
9081 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9082 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9084 @example
9085 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9086 @end example
9088 @noindent
9089 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9090 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9091 @texline @math{\log_2 n}
9092 @infoline @expr{log(n,2)}
9093 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9094 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9095 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9096 required so many steps that it would not have been practical.
9098 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9099 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9101 @noindent
9102 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9103 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9104 a separate variable to hold the integer counter.
9106 @smallexample
9107 @group
9108 1:  1          2:  1       1:  .
9109     .          1:  4
9110                    .
9112     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9113 @end group
9114 @end smallexample
9116 @noindent
9117 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9118 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9119 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9120 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9121 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9122 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9123 loop counter exceeds 4.
9125 @smallexample
9126 @group
9127 2:  31                  3:  31
9128 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9129     .                   1:  4.02724519544
9130                             .
9132     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9133 @end group
9134 @end smallexample
9136 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9137 harmonic number is 4.02.
9139 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9140 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9142 @noindent
9143 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9144 the formula 
9145 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9146 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9148 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9149 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9150 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9151 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9152 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9153 just for purposes of illustration.)
9155 @smallexample
9156 @group
9157 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9158 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9159     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9160                                      .
9162 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9164 @end group
9165 @end smallexample
9166 @noindent
9167 @smallexample
9168 @group
9169 2:  4.5
9170 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9171     .
9173     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9174 @end group
9175 @end smallexample
9177 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9178 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9179 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9180 repetitions are done.)
9182 @smallexample
9183 @group
9184 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9185     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9186                 1:  4.5                         .
9187                     .
9189   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9190 @end group
9191 @end smallexample
9193 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9194 old one to see if we've converged.
9196 @smallexample
9197 @group
9198 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9199 2:  5.24196     1:  0               .               .
9200 1:  4.5             .
9201     .
9203   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9204 @end group
9205 @end smallexample
9207 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9208 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9210 @smallexample
9211 @group
9212 2:  5.26345856348
9213 1:  0.499999999997
9214     .
9216  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9217 @end group
9218 @end smallexample
9220 Let's test the new definition again:
9222 @smallexample
9223 @group
9224 2:  x^2 - 9           1:  3.
9225 1:  1                     .
9226     .
9228   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9229 @end group
9230 @end smallexample
9232 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9234 @example
9235 @group
9236 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9237            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9238                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9239               Z >
9240       Z '
9241 C-x )
9242 @end group
9243 @end example
9245 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9246 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9247 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9248 to see how to use it.
9250 @c [fix-ref Root Finding]
9251 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9252 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9253 @xref{Root Finding}.
9255 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9256 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9258 @noindent
9259 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9260 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9261 reduce the problem using 
9262 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9263 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9264 on to compute 
9265 @texline @math{\psi(z+1)},
9266 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9267 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9268 step is repeated until @expr{z > 5}.
9270 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9271 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9272 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9273 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9274 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9275 just for purposes of illustration.)
9277 @smallexample
9278 @group
9279 1:  1.             1:  1.
9280     .                  .
9282  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9283 @end group
9284 @end smallexample
9286 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9287 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9289 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9290 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9291 and will never converge because fractions compare equal only if they
9292 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9294 @smallexample
9295 @group
9296 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9297 2:  1.      1:  1            .
9298 1:  5           .
9299     .
9301   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9302 @end group
9303 @end smallexample
9305 Now we compute the initial part of the sum:  
9306 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9307 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9308 minus the adjustment factor.
9310 @smallexample
9311 @group
9312 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9313 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9314     .                      .
9316     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9317 @end group
9318 @end smallexample
9320 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9321 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9322 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9324 @smallexample
9325 @group
9326 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9327 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9328 1:  40            1:  2              2:  2                .
9329     .                 .              1:  36.
9330                                          .
9332    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9334 @end group
9335 @end smallexample
9336 @noindent
9337 @smallexample
9338 @group
9339 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9340 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9341 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9342     .                 .
9344   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9345 @end group
9346 @end smallexample
9348 This is the value of 
9349 @texline @math{-\gamma},
9350 @infoline @expr{- gamma}, 
9351 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9352 a higher precision:
9354 @smallexample
9355 @group
9356 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9357 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9359     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9360 @end group
9361 @end smallexample
9363 Here's the complete sequence of keystrokes:
9365 @example
9366 @group
9367 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9368            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9369            L r 1 2 * & - r 2 -
9370            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9371                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9372                   2  Z )
9373       Z '
9374 C-x )
9375 @end group
9376 @end example
9378 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9379 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9381 @noindent
9382 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9383 a term like 
9384 @texline @math{n x^{n-1}}.
9385 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9386 Taking the derivative of a constant
9387 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9388 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9389 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9391 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9392 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9393 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9394 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9395 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9396 just for purposes of illustration.)
9398 @smallexample
9399 @group
9400 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9401 1:  6                          2:  0
9402     .                          1:  6
9403                                    .
9405   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9406 @end group
9407 @end smallexample
9409 @noindent
9410 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9412 @smallexample
9413 @group
9414 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9415 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9416     .              1:  1                      .
9417                        .
9419    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9420 @end group
9421 @end smallexample
9423 @noindent
9424 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9425 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9426 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9428 @smallexample
9429 @group
9430 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9431     .                         .             .
9433     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9434 @end group
9435 @end smallexample
9437 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9438 against a table of powers of @expr{x}.
9440 @smallexample
9441 @group
9442 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9443 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9444     .                            .
9446     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9448 @end group
9449 @end smallexample
9450 @noindent
9451 @smallexample
9452 @group
9453 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9454 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9455     .
9457     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9458 @end group
9459 @end smallexample
9461 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9463 @example
9464 @group
9465 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9466            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9467                 a d x @key{RET}
9468          1 Z ) r 1
9469       Z '
9470 C-x )
9472 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9473 @end group
9474 @end example
9476 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9477 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9479 @noindent
9480 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9481 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9482 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9483 sure the stack comes out right.
9485 @smallexample
9486 @group
9487 2:  4          1:  4                         2:  4
9488 1:  2              .                         1:  2
9489     .                                            .
9491   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9492 @end group
9493 @end smallexample
9495 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9496 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9497 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9498 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9500 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9501 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9503 @smallexample
9504 @group
9505 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9506 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9507     .        2:  4       1:  0           .
9508              1:  2           .
9509                  .
9511   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9513 @end group
9514 @end smallexample
9515 @noindent
9516 @smallexample
9517 @group
9518 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9519 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9520 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9521 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9522     .                                                .        .
9524   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9525 @end group
9526 @end smallexample
9528 @noindent
9529 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9530 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9532 @smallexample
9533 @group
9534 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9535 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9536 1:  2               2:  3           1:  3           .
9537     .               1:  2               .
9538                         .
9540  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9542 @end group
9543 @end smallexample
9544 @noindent
9545 @smallexample
9546 @group
9547 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9548     .                           1:  2              .       1:  11
9549                                     .                          .
9551   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9552 @end group
9553 @end smallexample
9555 Even though the result that we got during the definition was highly
9556 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9557 the right answers.
9559 Here's the full program once again:
9561 @example
9562 @group
9563 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9564        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9565        Z :  @key{RET} 0 a =
9566             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9567             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9568                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9569             Z ]
9570        Z ]
9571 C-x )
9572 @end group
9573 @end example
9575 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9576 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9577 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9578 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9579 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9581 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9582 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9584 @noindent
9585 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9586 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9588 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9589 Stirling numbers in a convenient variable:
9591 @smallexample
9592 s e StirlingRules @key{RET}
9593 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9594   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9595   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9596 C-c C-c
9597 @end smallexample
9599 Now, it's just a matter of applying the rules:
9601 @smallexample
9602 @group
9603 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9604 1:  2              .                        .
9605     .
9607   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9608 @end group
9609 @end smallexample
9611 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9612 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9613 the last rule.
9615 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9616 @tex
9617 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9618 @end tex
9620 @c [reference]
9622 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9623 @chapter Introduction
9625 @noindent
9626 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9627 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9628 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9630 @c [when-split]
9631 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9633 @menu
9634 * Basic Commands::
9635 * Help Commands::
9636 * Stack Basics::
9637 * Numeric Entry::
9638 * Algebraic Entry::
9639 * Quick Calculator::
9640 * Prefix Arguments::
9641 * Undo::
9642 * Error Messages::
9643 * Multiple Calculators::
9644 * Troubleshooting Commands::
9645 @end menu
9647 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9648 @section Basic Commands
9650 @noindent
9651 @pindex calc
9652 @pindex calc-mode
9653 @cindex Starting the Calculator
9654 @cindex Running the Calculator
9655 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9656 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9657 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9658 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9659 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9660 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9661 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9662 list of the results of all calculations that have been done.  The
9663 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9664 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9665 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9666 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9668 @kindex C-x * c
9669 @kindex C-x * *
9670 @ignore
9671 @mindex @null
9672 @end ignore
9673 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9674 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
9675 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9676 in its Keypad mode.
9678 @kindex x
9679 @kindex M-x
9680 @pindex calc-execute-extended-command
9681 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9682 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9683 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9684 key (@code{calc-execute-extended-command})
9685 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9686 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9687 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9689 Although Calc is designed to be used from the keyboard, some of
9690 Calc's more common commands are available from a menu.  In the menu, the
9691 arguments to the functions are given by referring to their stack level
9692 numbers.
9694 @cindex Extensions module
9695 @cindex @file{calc-ext} module
9696 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9697 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9698 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9699 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9700 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9701 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9702 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9703 extension module automatically, you can force it to load all the
9704 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9705 command.  @xref{Mode Settings}.
9707 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9708 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9709 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9710 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9711 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9712 to auto-load the Calculator.
9714 @kindex C-x * b
9715 @pindex full-calc
9716 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9717 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9718 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9719 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9720 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9721 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9722 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9724 @kindex C-x * o
9725 @pindex calc-other-window
9726 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9727 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9728 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9729 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9730 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9731 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9733 @ignore
9734 @mindex C-x * q
9735 @end ignore
9736 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9737 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9738 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9739 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9741 @ignore
9742 @mindex C-x * k
9743 @end ignore
9744 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9745 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9746 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9747 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9749 @kindex q
9750 @pindex calc-quit
9751 @cindex Quitting the Calculator
9752 @cindex Exiting the Calculator
9753 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9754 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9755 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9756 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9757 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9758 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9759 Calculator on and off.
9761 @kindex C-x * x
9762 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9763 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9764 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9766 @kindex d @key{SPC}
9767 @pindex calc-refresh
9768 @cindex Refreshing a garbled display
9769 @cindex Garbled displays, refreshing
9770 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9771 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9772 buffer have been damaged somehow.
9774 @ignore
9775 @mindex o
9776 @end ignore
9777 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9778 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9780 @kindex <
9781 @kindex >
9782 @pindex calc-scroll-left
9783 @pindex calc-scroll-right
9784 @cindex Horizontal scrolling
9785 @cindex Scrolling
9786 @cindex Wide text, scrolling
9787 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9788 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9789 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9790 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9791 window whenever it can.)
9793 @kindex @{
9794 @kindex @}
9795 @pindex calc-scroll-down
9796 @pindex calc-scroll-up
9797 @cindex Vertical scrolling
9798 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9799 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9800 height of the Calc window.
9802 @kindex C-x * 0
9803 @pindex calc-reset
9804 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9805 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9806 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9807 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9808 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9809 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9810 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9811 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9812 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9813 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9814 stack but resets everything else to its default state.
9816 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9817 @section Help Commands
9819 @noindent
9820 @cindex Help commands
9821 @kindex ?
9822 @kindex a ?
9823 @kindex b ?
9824 @kindex c ?
9825 @kindex d ?
9826 @kindex f ?
9827 @kindex g ?
9828 @kindex j ?
9829 @kindex k ?
9830 @kindex m ?
9831 @kindex r ?
9832 @kindex s ?
9833 @kindex t ?
9834 @kindex u ?
9835 @kindex v ?
9836 @kindex V ?
9837 @kindex z ?
9838 @kindex Z ?
9839 @pindex calc-help
9840 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9841 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9842 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9843 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9844 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9845 to see additional commands for that prefix.)
9847 @kindex h h
9848 @pindex calc-full-help
9849 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9850 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9851 summary of Calc keystrokes.
9853 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9854 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9855 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9857 @kindex h i
9858 @kindex C-x * i
9859 @kindex i
9860 @pindex calc-info
9861 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9862 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9863 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9864 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9865 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9866 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9867 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9868 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9869 different command in a future version of Calc.
9871 @kindex h t
9872 @kindex C-x * t
9873 @pindex calc-tutorial
9874 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9875 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9876 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9877 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9878 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9879 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9880 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9881 all times).
9883 @kindex h s
9884 @kindex C-x * s
9885 @pindex calc-info-summary
9886 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9887 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9888 key is equivalent to @kbd{h s}.
9890 @kindex h k
9891 @pindex calc-describe-key
9892 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9893 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9894 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9895 command.  This works by looking up the textual description of
9896 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9897 node indicated by the index.
9899 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9900 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9901 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9902 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9904 @kindex h c
9905 @pindex calc-describe-key-briefly
9906 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9907 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9908 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9909 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9910 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9911 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9912 gives the description:
9914 @smallexample
9915 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9916 @end smallexample
9918 @noindent
9919 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9920 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9921 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9922 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9923 additional notes from the summary that apply to this command.
9925 @kindex h f
9926 @pindex calc-describe-function
9927 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9928 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9929 algebraic function name to look up that function in the Function
9930 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
9931 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9932 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
9933 @samp{=>}.
9935 @kindex h v
9936 @pindex calc-describe-variable
9937 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9938 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9939 @code{PlotRejects}.
9941 @kindex h b
9942 @pindex describe-bindings
9943 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9944 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9945 listed.
9947 @kindex h n
9948 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9949 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9950 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9951 source files.
9953 @kindex h C-c
9954 @kindex h C-d
9955 @kindex h C-w
9956 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9957 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9958 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9959 Bugs'' sections of the manual.
9961 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9962 @section Stack Basics
9964 @noindent
9965 @cindex Stack basics
9966 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9967 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9968 Tutorial}.
9970 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9971 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9972 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9973 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9974 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9975 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9976 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9977 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9979 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9980 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9981 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9982 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9983 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9984 @pxref{Truncating the Stack}.
9986 @kindex d l
9987 @pindex calc-line-numbering
9988 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9989 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9990 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9991 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9992 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9994 @kindex o
9995 @pindex calc-realign
9996 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9997 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9998 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9999 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10001 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10002 two consecutive numbers.
10003 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10004 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10005 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10006 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
10008 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10009 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10010 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10011 commands.
10013 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10014 @section Numeric Entry
10016 @noindent
10017 @kindex 0-9
10018 @kindex .
10019 @kindex e
10020 @cindex Numeric entry
10021 @cindex Entering numbers
10022 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10023 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10024 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10025 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10026 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10028 @cindex Minus signs
10029 @cindex Negative numbers, entering
10030 @kindex _
10031 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10032 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10033 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10034 different keys for these operations, respectively:
10035 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10036 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10037 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10038 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10039 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10040 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10041 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10043 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10044 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10045 These notations are described later in this manual with the corresponding
10046 data types.  @xref{Data Types}.
10048 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10050 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10051 @section Algebraic Entry
10053 @noindent
10054 @kindex '
10055 @pindex calc-algebraic-entry
10056 @cindex Algebraic notation
10057 @cindex Formulas, entering
10058 The @kbd{'} (@code{calc-algebraic-entry}) command can be used to enter
10059 calculations in algebraic form.  This is accomplished by typing the
10060 apostrophe key, ', followed by the expression in standard format:  
10062 @example
10063 ' 2+3*4 @key{RET}.
10064 @end example
10066 @noindent
10067 This will compute
10068 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10069 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10070 and push it on the stack.  If you wish you can
10071 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10072 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10073 clear previous results off the stack.
10075 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10076 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do
10077 this would be to fix a typo, as the full Emacs cursor motion and editing
10078 keys are available during algebraic entry but not during numeric entry.
10080 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10081 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10082 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10083 @xref{Editing Stack Entries}.
10085 @kindex m a
10086 @pindex calc-algebraic-mode
10087 @cindex Algebraic Mode
10088 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10089 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10090 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10091 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10092 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10093 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10094 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10095 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10096 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10098 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10099 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10100 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10101 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10102 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10104 @kindex m t
10105 @pindex calc-total-algebraic-mode
10106 @cindex Total Algebraic Mode
10107 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10108 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10109 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10110 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10111 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10112 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10113 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10114 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10115 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10116 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10117 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10119 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10120 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10121 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10123 @kindex $
10124 @cindex Formulas, referring to stack
10125 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10126 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10127 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10128 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10129 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10130 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10131 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10132 first character in the new formula.
10134 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10135 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10136 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10137 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10138 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10139 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10140 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10142 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10143 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10144 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10145 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10146 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10147 on the stack and pushes an additional 6.
10149 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10150 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10151 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10152 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10153 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10154 @key{TAB} key.
10156 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10157 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10158 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10159 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10161 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10162 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10163 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10164 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10165 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10166 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10168 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10169 @section ``Quick Calculator'' Mode
10171 @noindent
10172 @kindex C-x * q
10173 @pindex quick-calc
10174 @cindex Quick Calculator
10175 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10176 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10177 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10178 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10179 area, without ever actually putting up a Calc window.
10181 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10182 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10183 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10184 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10185 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10186 @samp{$} as the formula.
10188 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10189 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10190 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10191 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10192 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10193 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10194 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10195 the regular @kbd{p} command.
10197 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10198 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10200 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10201 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10202 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10203 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10204 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10205 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10207 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10208 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10209 buffer rather than going into the kill ring.
10211 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10212 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10213 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10214 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10215 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10216 @xref{Store and Recall}.
10218 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10219 the number will also be displayed in hex, octal and binary formats.  If
10220 the integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10221 an ASCII character.
10223 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10224 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10225 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10226 is displayed only according to the current mode settings.  But
10227 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10228 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10229 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10231 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10232 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10233 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10234 small calculations.
10236 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10237 @section Numeric Prefix Arguments
10239 @noindent
10240 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10241 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10242 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10243 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10244 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10246 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10247 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10248 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10249 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10250 on the entire stack.
10252 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10253 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10254 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10255 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10256 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10257 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10258 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10259 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10260 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10261 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10262 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10263 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10264 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10265 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10266 argument for some other purpose.
10268 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10269 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10270 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10271 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10273 @kindex ~
10274 @pindex calc-num-prefix
10275 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10276 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10277 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10278 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10279 to the fourth power and set the precision to that value.
10281 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10282 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10284 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10285 @section Undoing Mistakes
10287 @noindent
10288 @kindex U
10289 @kindex C-_
10290 @pindex calc-undo
10291 @cindex Mistakes, undoing
10292 @cindex Undoing mistakes
10293 @cindex Errors, undoing
10294 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10295 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10296 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10297 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10298 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10299 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10300 specified number of operations.  When the Calculator is quit, as with
10301 the @kbd{q} (@code{calc-quit}) command, the undo history will be
10302 truncated to the length of the customizable variable
10303 @code{calc-undo-length} (@pxref{Customizing Calc}), which by default
10304 is @expr{100}. (Recall that @kbd{C-x * c} is synonymous with
10305 @code{calc-quit} while inside the Calculator; this also truncates the
10306 undo history.)
10308 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10309 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10310 will need to reset the mode yourself.
10312 @kindex D
10313 @pindex calc-redo
10314 @cindex Redoing after an Undo
10315 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10316 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10317 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10318 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10319 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10320 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10321 any other change, then it will be too late to redo.
10323 @kindex M-@key{RET}
10324 @pindex calc-last-args
10325 @cindex Last-arguments feature
10326 @cindex Arguments, restoring
10327 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10328 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10329 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10330 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10331 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10332 onto the stack.
10334 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10335 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10337 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10338 @xref{Trail Commands}.
10340 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10342 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10343 @section Error Messages
10345 @noindent
10346 @kindex w
10347 @pindex calc-why
10348 @cindex Errors, messages
10349 @cindex Why did an error occur?
10350 Many situations that would produce an error message in other calculators
10351 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10352 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10353 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10354 reasons for this to happen.
10356 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10357 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10358 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10359 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10360 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10361 the same computation results in several messages.  (The first message
10362 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10364 @kindex d w
10365 @pindex calc-auto-why
10366 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10367 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10368 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10369 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10370 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10371 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10373 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10374 @section Multiple Calculators
10376 @noindent
10377 @pindex another-calc
10378 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10379 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10380 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10381 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10382 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10383 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10384 this would ordinarily never be done.
10386 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10387 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10388 Calculator buffer.
10390 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10391 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10392 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10393 global default values of these variables are used only when a new
10394 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10395 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10397 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10398 Calculator buffers.
10400 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10401 @section Troubleshooting Commands
10403 @noindent
10404 This section describes commands you can use in case a computation
10405 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10407 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10408 to a bug or deficiency in Calc.
10410 @menu
10411 * Autoloading Problems::
10412 * Recursion Depth::
10413 * Caches::
10414 * Debugging Calc::
10415 @end menu
10417 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10418 @subsection Autoloading Problems
10420 @noindent
10421 The Calc program is split into many component files; components are
10422 loaded automatically as you use various commands that require them.
10423 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10424 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10425 work because some function you've never heard of was undefined.
10427 @kindex C-x * L
10428 @pindex calc-load-everything
10429 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10430 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10431 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10432 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10434 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10435 @subsection Recursion Depth
10437 @noindent
10438 @kindex M
10439 @kindex I M
10440 @pindex calc-more-recursion-depth
10441 @pindex calc-less-recursion-depth
10442 @cindex Recursion depth
10443 @cindex ``Computation got stuck'' message
10444 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10445 @cindex @code{max-specpdl-size}
10446 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10447 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10448 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10449 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10450 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10451 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10452 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10454 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10455 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10456 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10457 The default value is 1000.
10459 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10460 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10462 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10463 @subsection Caches
10465 @noindent
10466 @cindex Caches
10467 @cindex Flushing caches
10468 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10469 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10470 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10471 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10472 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10473 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10474 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10475 @cpiover{4} and 
10476 @texline @math{\ln 2}.
10477 @infoline @expr{ln(2)}.  
10478 The visible effect of caching is that
10479 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10480 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10481 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10482 data points computed by the graphing commands.
10484 @pindex calc-flush-caches
10485 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10486 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10487 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10488 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10489 with all other aspects of the Calculator's state.
10491 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10492 @subsection Debugging Calc
10494 @noindent
10495 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10496 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10497 your own Calc commands.
10499 @kindex Z T
10500 @pindex calc-timing
10501 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10502 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10503 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10504 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10505 accurate only to within one second.
10507 All steps of executing a command are included; in particular, time
10508 taken to format the result for display in the stack and trail is
10509 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10510 be answered, while others do not; this depends on the exact
10511 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10512 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10513 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10514 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10515 to execute the whole macro.
10517 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10518 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10519 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10520 that may take a long time to format and you don't wish to count
10521 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10522 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10523 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10525 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10526 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10527 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10528 This generally prevents garbage collection during the timing of
10529 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10530 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10531 factor in the timing of Emacs operations.)
10533 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10534 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10535 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10536 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10537 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10538 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10539 in the handler itself rather than at the true location of the
10540 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10541 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10542 will be lost.
10544 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10545 @chapter Data Types
10547 @noindent
10548 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10549 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10550 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10551 types are represented as underlying Lisp objects.)
10553 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10554 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10555 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10556 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10557 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10558 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10559 matrices, or algebraic formulas.
10561 @menu
10562 * Integers::                The most basic data type.
10563 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10564 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10565 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10566 * Infinities::
10567 * Vectors and Matrices::
10568 * Strings::
10569 * HMS Forms::
10570 * Date Forms::
10571 * Modulo Forms::
10572 * Error Forms::
10573 * Interval Forms::
10574 * Incomplete Objects::
10575 * Variables::
10576 * Formulas::
10577 @end menu
10579 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10580 @section Integers
10582 @noindent
10583 @cindex Integers
10584 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10585 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10586 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10587 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10588 floating-point form according to the current Fraction mode.
10589 @xref{Fraction Mode}.)
10591 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10592 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10593 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10594 must not type commas during the entry of numbers.
10596 @kindex #
10597 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10598 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10599 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10600 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10601 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10602 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10603 number, the current display radix is used.
10605 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10606 @section Fractions
10608 @noindent
10609 @cindex Fractions
10610 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10611 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10612 performs RPN division; the following two sequences push the number
10613 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10614 assuming Fraction mode has been enabled.)
10615 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10616 simplest form, which may in fact be an integer.
10618 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10619 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10620 display formats.
10622 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10623 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10624 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10626 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10627 @section Floats
10629 @noindent
10630 @cindex Floating-point numbers
10631 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10632 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10633 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10634 range of acceptable values is from 
10635 @texline @math{10^{-3999999}}
10636 @infoline @expr{10^-3999999} 
10637 (inclusive) to 
10638 @texline @math{10^{4000000}}
10639 @infoline @expr{10^4000000}
10640 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10642 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10643 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10644 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10645 indicate that during the calculation a number would have been produced
10646 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10647 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10648 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10649 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10650 would have overflowed!)
10652 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10653 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10654 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10655 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10657 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10658 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10659 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10660 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10661 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10662 or 0.235.
10664 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10665 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10666 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10667 available.  @xref{Float Formats}.
10669 @cindex Accuracy of calculations
10670 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10671 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10672 number of significant digits specified by the current precision,
10673 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10674 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10675 as square roots and transcendental functions are performed with several
10676 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10677 final result accurate to the full requested precision.  However,
10678 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10679 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10680 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10681 way.
10683 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10684 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10685 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10686 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10687 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10688 current precison.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10689 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10690 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10691 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10692 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10693 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10694 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10695 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10696 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10697 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10698 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10700 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10701 @section Complex Numbers
10703 @noindent
10704 @cindex Complex numbers
10705 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10706 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10707 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10708 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10709 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10710 notation; @pxref{Complex Formats}.
10712 Polar complex numbers are displayed in the form 
10713 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10714 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10715 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10716 @texline @math{\theta}
10717 @infoline @var{theta} 
10718 is the argument or phase angle.  The range of 
10719 @texline @math{\theta}
10720 @infoline @var{theta} 
10721 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10722 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10723 in radians. 
10725 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10726 @xref{Incomplete Objects}.
10728 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10729 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10730 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10731 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10732 type.  @xref{Polar Mode}.
10734 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10735 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10736 number.
10738 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10739 @section Infinities
10741 @noindent
10742 @cindex Infinity
10743 @cindex @code{inf} variable
10744 @cindex @code{uinf} variable
10745 @cindex @code{nan} variable
10746 @vindex inf
10747 @vindex uinf
10748 @vindex nan
10749 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10750 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10751 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10752 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10753 names for your own variables because Calc gives them special
10754 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10755 entered using algebraic entry.
10757 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10758 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10759 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10760 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10761 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10762 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10763 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10764 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10765 @texline @math{e^x}
10766 @infoline @expr{exp(x)} 
10767 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10768 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10769 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10770 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10772 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10773 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10774 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10775 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10776 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10777 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10778 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10779 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10780 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10781 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10782 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10784 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10785 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10786 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10787 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10788 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10789 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10790 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10791 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10792 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10793 some cases.
10795 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10796 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10797 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10798 adding a finite number like five to it does not affect it.
10799 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10800 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10801 Just to show that infinities really are all the same size,
10802 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10803 notation.
10805 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10806 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10807 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10808 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10809 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10810 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10811 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10812 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10813 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10814 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10815 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10816 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10817 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10818 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10819 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10820 (as described above).
10822 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10823 @xref{Interval Forms}.
10825 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10826 @section Vectors and Matrices
10828 @noindent
10829 @cindex Vectors
10830 @cindex Plain vectors
10831 @cindex Matrices
10832 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10833 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10834 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10835 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10836 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10838 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10839 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10840 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10841 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10842 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10843 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10844 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10845 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10846 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10847 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10848 this case.
10850 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10851 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10852 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10853 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10854 of its elements.
10856 @ignore
10857 @starindex
10858 @end ignore
10859 @tindex vec
10860 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10861 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
10862 @texline @math{n\times m}
10863 @infoline @var{n}x@var{m}
10864 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10865 from 1 to @samp{n}.
10867 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10868 @section Strings
10870 @noindent
10871 @kindex "
10872 @cindex Strings
10873 @cindex Character strings
10874 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10875 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10876 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10877 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10878 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10879 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10881 @example
10882 @group
10883 \a     7          \^@@    0
10884 \b     8          \^a-z  1-26
10885 \e     27         \^[    27
10886 \f     12         \^\\   28
10887 \n     10         \^]    29
10888 \r     13         \^^    30
10889 \t     9          \^_    31
10890                   \^?    127
10891 @end group
10892 @end example
10894 @noindent
10895 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10896 character from its ASCII code.
10898 @kindex d "
10899 @pindex calc-display-strings
10900 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10901 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10902 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10903 instead.
10905 The backslash notations shown above are also used for displaying
10906 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10907 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10908 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10909 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10910 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10912 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10913 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10914 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10916 @ignore
10917 @starindex
10918 @end ignore
10919 @tindex string
10920 There is a @code{string} function which provides a different display
10921 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10922 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10923 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10924 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10925 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10926 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10927 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10928 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10930 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10931 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10932 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10933 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10935 @ignore
10936 @starindex
10937 @end ignore
10938 @tindex bstring
10939 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10940 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10941 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10942 character in the string.
10944 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10945 @section HMS Forms
10947 @noindent
10948 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10949 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10950 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10951 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10952 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10953 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10954 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10955 degrees, minutes, and seconds.
10957 @kindex @@
10958 @ignore
10959 @mindex @null
10960 @end ignore
10961 @kindex ' (HMS forms)
10962 @ignore
10963 @mindex @null
10964 @end ignore
10965 @kindex " (HMS forms)
10966 @ignore
10967 @mindex @null
10968 @end ignore
10969 @kindex h (HMS forms)
10970 @ignore
10971 @mindex @null
10972 @end ignore
10973 @kindex o (HMS forms)
10974 @ignore
10975 @mindex @null
10976 @end ignore
10977 @kindex m (HMS forms)
10978 @ignore
10979 @mindex @null
10980 @end ignore
10981 @kindex s (HMS forms)
10982 The default format for HMS values is
10983 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10984 @samp{h} (for ``hours'') or
10985 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10986 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10987 accepted in place of @samp{"}.
10988 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10989 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10990 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10991 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10992 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10993 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10994 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10996 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10997 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10998 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10999 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11001 @pindex calc-time
11002 @cindex Time of day
11003 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11004 the stack as an HMS form.
11006 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11007 @section Date Forms
11009 @noindent
11010 @cindex Date forms
11011 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11012 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11013 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11014 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11015 computes the number of days between them (represented as a simple
11016 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11017 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11019 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11020 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11021 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11022 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11023 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11025 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11026 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11027 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11028 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11029 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11030 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11031 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11032 time can be stored without roundoff error.
11034 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11035 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11036 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11037 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11038 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11039 if astronomically high years are used, though this will not be an
11040 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11041 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11042 never an issue for them.
11044 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11045 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11046 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11048 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11049 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11050 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11051 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11052 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11054 @cindex Julian calendar
11055 @cindex Gregorian calendar
11056 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11057 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11058 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11059 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11060 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11061 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11062 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11063 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11064 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11065 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11066 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11067 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11068 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11069 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11070 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11071 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11072 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11073 To take another example, Russia waited until 1918 before
11074 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11075 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11076 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11077 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11079 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11080 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11081 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11082 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11083 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11085 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11086 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11087 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11088 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11090 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11091 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11092 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11094 @cindex Julian day counting
11095 Another day counting system in common use is, confusingly, also called
11096 ``Julian.''  The Julian day number is the numbers of days since
11097 12:00 noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC, which in Calc's scheme (in GMT)
11098 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11099 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by unpacking a
11100 date form into a Julian day number, simply add 1721423.5 after
11101 compensating for the time zone difference.  The built-in @kbd{t J}
11102 command performs this conversion for you.
11104 The Julian day number is based on the Julian cycle, which was invented
11105 in 1583 by Joseph Justus Scaliger.  Scaliger named it the Julian cycle
11106 since it involves the Julian calendar, but some have suggested that
11107 Scaliger named it in honor of his father, Julius Caesar Scaliger.  The
11108 Julian cycle is based on three other cycles: the indiction cycle, the
11109 Metonic cycle, and the solar cycle.  The indiction cycle is a 15 year
11110 cycle originally used by the Romans for tax purposes but later used to
11111 date medieval documents.  The Metonic cycle is a 19 year cycle; 19
11112 years is close to being a common multiple of a solar year and a lunar
11113 month, and so every 19 years the phases of the moon will occur on the
11114 same days of the year.  The solar cycle is a 28 year cycle; the Julian
11115 calendar repeats itself every 28 years.  The smallest time period
11116 which contains multiples of all three cycles is the least common
11117 multiple of 15 years, 19 years and 28 years, which (since they're
11118 pairwise relatively prime) is
11119 @texline @math{15\times 19\times 28 = 7980} years.
11120 @infoline 15*19*28 = 7980 years.
11121 This is the length of a Julian cycle.  Working backwards, the previous
11122 year in which all three cycles began was 4713 BC, and so Scalinger
11123 chose that year as the beginning of a Julian cycle.  Since at the time
11124 there were no historical records from before 4713 BC, using this year
11125 as a starting point had the advantage of avoiding negative year
11126 numbers.  In 1849, the astronomer John Herschel (son of William
11127 Herschel) suggested using the number of days since the beginning of
11128 the Julian cycle as an astronomical dating system; this idea was taken
11129 up by other astronomers.  (At the time, noon was the start of the
11130 astronomical day.  Herschel originally suggested counting the days
11131 since Jan 1, 4713 BC at noon Alexandria time; this was later amended to
11132 noon GMT.)  Julian day numbering is largely used in astronomy.
11134 @cindex Unix time format
11135 The Unix operating system measures time as an integer number of
11136 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11137 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11138 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11139 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11140 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11141 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11142 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11143 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11144 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11145 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11146 for California time.  The same is usually true of Julian day
11147 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11148 conversions.
11150 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11151 @section Modulo Forms
11153 @noindent
11154 @cindex Modulo forms
11155 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11156 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11157 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11158 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11159 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11160 @texline @math{0 \le a < M}.
11161 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11162 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11163 integers but this is not required.
11165 @ignore
11166 @mindex M
11167 @end ignore
11168 @kindex M (modulo forms)
11169 @ignore
11170 @mindex mod
11171 @end ignore
11172 @tindex mod (operator)
11173 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11174 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11175 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11176 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11177 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11178 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11180 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11181 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11182 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11183 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11184 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11185 the result always lies in the desired range.
11187 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11188 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11189 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11190 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11191 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11192 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11193 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11194 actually computing the power and then reducing.)
11196 @cindex Modulo division
11197 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11198 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11199 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11200 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11201 there is no solution to this equation (which can happen only when
11202 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11203 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11204 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11205 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11206 in the sense of reducing 
11207 @texline @math{\sqrt a}
11208 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11209 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11210 number-theoretical point of view.)
11212 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11213 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11214 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11215 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11216 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11217 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11218 24 radians!
11220 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11221 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11222 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11224 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11225 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11227 @ignore
11228 @starindex
11229 @end ignore
11230 @tindex makemod
11231 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11232 @w{@samp{a mod m}}.
11234 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11235 @section Error Forms
11237 @noindent
11238 @cindex Error forms
11239 @cindex Standard deviations
11240 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11241 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11242 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11243 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11244 stands for an uncertain value which follows
11245 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11246 deviation or ``error'' 
11247 @texline @math{\sigma}.
11248 @infoline @expr{sigma}.
11249 Both the mean and the error can be either numbers or
11250 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11251 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11252 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11253 regular number by the Calculator.
11255 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11256 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11257 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11258 @texline @math{\sin x}
11259 @infoline @expr{sin(x)})
11260 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11261 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11262 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11263 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11264 @tex
11265 $$ \eqalign{
11266   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11267     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11268   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11269     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11270         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11271                              \right| \right)^2
11272              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11273                              \right| \right)^2 } \cr
11274 } $$
11275 @end tex
11276 Note that this
11277 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11278 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11279 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11280 of two independent values which happen to have the same probability
11281 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11282 The former will produce an answer with less error, since on the average
11283 the two independent errors can be expected to cancel out.
11285 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11286 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11287 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11288 are small.  As an example, the error arising from
11289 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11290 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11291 is 
11292 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11293 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11294 When @expr{x} is close to zero,
11295 @texline @math{\cos x}
11296 @infoline @expr{cos(x)} 
11297 is close to one so the error in the sine is close to 
11298 @texline @math{\sigma};
11299 @infoline @expr{sigma};
11300 this makes sense, since 
11301 @texline @math{\sin x}
11302 @infoline @expr{sin(x)} 
11303 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11304 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11305 @texline @math{\cos x}
11306 @infoline @expr{cos(x)} 
11307 is nearly zero and so the computed error is
11308 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11309 has relatively little effect on the value of 
11310 @texline @math{\sin x}.
11311 @infoline @expr{sin(x)}.  
11312 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11313 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11314 we have violated the small-error approximation underlying the error
11315 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11316 @texline @math{\sin x}
11317 @infoline @expr{sin(x)} 
11318 would indeed have been negligible.
11320 @ignore
11321 @mindex p
11322 @end ignore
11323 @kindex p (error forms)
11324 @tindex +/-
11325 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11326 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11327 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11328 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11329 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11331 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11332 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11333 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11334 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11335 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11336 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11337 considers an error form with real components to represent a real number,
11338 not a complex distribution around a real mean.
11340 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11341 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11343 @ignore
11344 @starindex
11345 @end ignore
11346 @tindex sdev
11347 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11349 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11350 @section Interval Forms
11352 @noindent
11353 @cindex Interval forms
11354 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11355 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11356 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11357 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11358 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11359 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11360 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11361 of the possible range of values a computation will produce, given the
11362 set of possible values of the input.
11364 @ifnottex
11365 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11366 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11367 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11368 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11369 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11370 terms,
11371 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11372 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11373 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11374 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11375 @end ifnottex
11376 @tex
11377 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11378 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11379 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11380 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11381 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11382 terms,
11383 $$ \eqalign{
11384    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11385    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11386    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11387    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11388 } $$
11389 @end tex
11391 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11392 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11393 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11394 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11395 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11396 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11397 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11398 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11399 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11400 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11401 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11402 the real infinities.
11404 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11405 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11406 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11407 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11408 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11409 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11410 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11412 Infinite mode also affects operations on intervals
11413 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11414 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11415 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11416 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11417 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11418 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11419 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11420 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11422 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11423 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11424 form 
11425 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11426 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11427 means a variable is random, and its value could
11428 be anything but is ``probably'' within one 
11429 @texline @math{\sigma} 
11430 @infoline @var{sigma} 
11431 of the mean value @expr{x}. An interval 
11432 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11433 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11434 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11435 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11436 answer.
11438 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11439 HMS forms or date forms.
11441 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11442 as subsets of the set of real numbers.
11444 @ignore
11445 @starindex
11446 @end ignore
11447 @tindex intv
11448 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11449 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11450 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11451 3 for @samp{[..]}.
11453 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11454 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11455 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11456 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11457 which means that roundoff errors could creep into an interval
11458 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11459 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11460 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11461 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11462 error.
11464 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11465 @section Incomplete Objects
11467 @noindent
11468 @ignore
11469 @mindex [ ]
11470 @end ignore
11471 @kindex [
11472 @ignore
11473 @mindex ( )
11474 @end ignore
11475 @kindex (
11476 @kindex ,
11477 @ignore
11478 @mindex @null
11479 @end ignore
11480 @kindex ]
11481 @ignore
11482 @mindex @null
11483 @end ignore
11484 @kindex )
11485 @cindex Incomplete vectors
11486 @cindex Incomplete complex numbers
11487 @cindex Incomplete interval forms
11488 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11489 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11490 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11491 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11492 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11493 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11495 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11496 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11497 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11499 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11500 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11501 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11502 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11504 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11505 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11506 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11507 from the list.
11509 @kindex ;
11510 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11511 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11512 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11513 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11515 @kindex ..
11516 @pindex calc-dots
11517 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11518 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11519 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11520 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11521 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11522 the @code{calc-dots} command.
11524 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11525 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11527 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11528 @section Variables
11530 @noindent
11531 @cindex Variables, in formulas
11532 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11533 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11534 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11535 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11536 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11537 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11538 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11539 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11540 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11541 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11542 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11543 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11544 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11545 refer to the same variable.)
11547 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11548 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11549 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11550 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11551 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11552 @code{foo}.
11554 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11555 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11556 (@key{'}) key.
11558 @kindex =
11559 @pindex calc-evaluate
11560 @cindex Evaluation of variables in a formula
11561 @cindex Variables, evaluation
11562 @cindex Formulas, evaluation
11563 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11564 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11565 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11566 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11567 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11568 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11569 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11570 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11571 the @var{n}th stack entry.
11573 @cindex @code{e} variable
11574 @cindex @code{pi} variable
11575 @cindex @code{i} variable
11576 @cindex @code{phi} variable
11577 @cindex @code{gamma} variable
11578 @vindex e
11579 @vindex pi
11580 @vindex i
11581 @vindex phi
11582 @vindex gamma
11583 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11584 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11585 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11586 their values are calculated if necessary according to the current precision
11587 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11588 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11590 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11591 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11592 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11593 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11594 a value into any of these special variables.
11596 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11598 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11599 @section Formulas
11601 @noindent
11602 @cindex Formulas
11603 @cindex Expressions
11604 @cindex Operators in formulas
11605 @cindex Precedence of operators
11606 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11607 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11608 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11609 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11610 Parentheses may
11611 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11612 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11613 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11614 with their equivalent function names, are:
11616 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11618 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11620 prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11622 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11623 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11625 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11626 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11628 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11630 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x});
11632 @samp{*} [@code{mul}];
11634 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11635 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11637 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11639 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11641 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11642 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11644 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11646 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11648 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11650 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11652 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11654 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11656 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11658 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11660 @samp{=>} [@code{evalto}].
11662 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11663 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11664 @texline @math{a b \over c d}.
11665 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11667 @cindex Multiplication, implicit
11668 @cindex Implicit multiplication
11669 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11670 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11671 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11672 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11673 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11674 as in @samp{f(x)},
11675 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11676 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11677 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11678 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11679 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11681 @cindex Implicit comma in vectors
11682 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11683 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11684 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11685 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11686 to @samp{2*a*b + c*d}.
11687 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11688 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11689 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11690 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11691 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11693 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11694 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11695 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11696 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11697 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11698 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11699 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11700 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11701 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11702 @w{@samp{[(a b)]}}.
11704 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11705 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11706 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11707 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11709 @cindex Function call notation
11710 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11711 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11712 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11713 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11714 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11715 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11716 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11717 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11718 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11719 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11720 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11722 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11723 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11724 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11725 represent the same operation.
11727 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11728 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11729 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11730 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11731 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11732 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11733 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11735 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11736 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11737 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11738 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11740 @example
11741 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11742   c + d,
11743   %% last line is coming up:
11744   e + f ]
11745 @end example
11747 @noindent
11748 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11750 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11751 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11752 formats.
11754 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11756 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11757 @chapter Stack and Trail Commands
11759 @noindent
11760 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11761 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11762 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11764 @menu
11765 * Stack Manipulation::
11766 * Editing Stack Entries::
11767 * Trail Commands::
11768 * Keep Arguments::
11769 @end menu
11771 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11772 @section Stack Manipulation Commands
11774 @noindent
11775 @kindex @key{RET}
11776 @kindex @key{SPC}
11777 @pindex calc-enter
11778 @cindex Duplicating stack entries
11779 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11780 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11781 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11782 several elements at the top of the stack.
11783 Given a negative argument,
11784 these commands duplicate the specified element of the stack.
11785 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11786 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11787 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11788 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11789 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11790 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11792 @kindex @key{LFD}
11793 @pindex calc-over
11794 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11795 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11796 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11797 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11798 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11799 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11800 @samp{10 20 30 20}.
11802 @kindex @key{DEL}
11803 @kindex C-d
11804 @pindex calc-pop
11805 @cindex Removing stack entries
11806 @cindex Deleting stack entries
11807 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11808 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11809 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11810 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11811 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11812 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11813 stack is emptied.
11814 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11815 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11816 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11817 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11818 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11820 @kindex M-@key{DEL}
11821 @pindex calc-pop-above
11822 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11823 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11824 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11825 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11826 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11827 the third stack element.
11829 @kindex @key{TAB}
11830 @pindex calc-roll-down
11831 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11832 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11833 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11834 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11835 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11836 top-for-bottom.
11837 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11838 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11839 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11840 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11841 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11843 @kindex M-@key{TAB}
11844 @pindex calc-roll-up
11845 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11846 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11847 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11848 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11849 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11850 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11851 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11852 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11854 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11855 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11856 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11857 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11858 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11859 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11860 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11862 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11863 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11864 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11865 rotates the deepest stack element to be in level @var{n}, also
11866 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11868 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11869 any portion of a vector or formula on the stack.
11871 @kindex C-xC-t
11872 @pindex calc-transpose-lines
11873 @cindex Moving stack entries
11874 The command @kbd{C-x C-t} (@code{calc-transpose-lines}) will transpose
11875 the stack object determined by the point with the stack object at the
11876 next higher level. For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the
11877 stack and the point on the line containing @samp{30}, @kbd{C-x C-t}
11878 creates @samp{10 20 40 30 50}.  More generally, @kbd{C-x C-t} acts on
11879 the stack objects determined by the current point (and mark) similar
11880 to how the text-mode command @code{transpose-lines} acts on 
11881 lines.  With argument @var{n}, @kbd{C-x C-t} will move the stack object
11882 at the level above the current point and move it past N other objects;
11883 for example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack and the point on
11884 the line containing @samp{30}, @kbd{C-u 2 C-x C-t} creates 
11885 @samp{10 40 20 30 50}. With an argument of 0, @kbd{C-x C-t} will switch
11886 the stack objects at the levels determined by the point and the mark. 
11888 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11889 @section Editing Stack Entries
11891 @noindent
11892 @kindex `
11893 @pindex calc-edit
11894 @pindex calc-edit-finish
11895 @cindex Editing the stack with Emacs
11896 The @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary buffer
11897 (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using regular
11898 Emacs commands.  Note that @kbd{`} is a backquote, not a quote. With a
11899 numeric prefix argument, it edits the specified number of stack entries
11900 at once.  (An argument of zero edits the entire stack; a negative
11901 argument edits one specific stack entry.)
11903 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11904 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11905 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11906 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11907 might want to insert new lines into the editing buffer.
11909 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11910 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11911 original stack elements in the original buffer with these new values,
11912 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11913 continues to exist during editing, but for best results you should be
11914 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11915 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11917 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11918 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11919 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11920 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11922 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11923 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11924 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11925 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11926 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11927 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11928 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11929 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11930 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11932 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11933 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11934 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11935 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11936 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11938 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11939 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11940 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11942 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11943 @section Trail Commands
11945 @noindent
11946 @cindex Trail buffer
11947 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11948 beginning with the @kbd{t} prefix.
11950 @kindex t d
11951 @pindex calc-trail-display
11952 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11953 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11954 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11955 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11956 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11957 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11958 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11959 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11960 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11962 @kindex t i
11963 @pindex calc-trail-in
11964 @kindex t o
11965 @pindex calc-trail-out
11966 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11967 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11968 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11969 shown below are a more convenient way to move around in the
11970 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11971 in the Calculator window.
11973 @cindex Trail pointer
11974 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11975 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11976 before the selected number.  The following commands operate on the
11977 trail pointer in various ways.
11979 @kindex t y
11980 @pindex calc-trail-yank
11981 @cindex Retrieving previous results
11982 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11983 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11984 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11985 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11986 trail pointer.
11988 @kindex t <
11989 @pindex calc-trail-scroll-left
11990 @kindex t >
11991 @pindex calc-trail-scroll-right
11992 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11993 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11994 window left or right by one half of its width.
11996 @kindex t n
11997 @pindex calc-trail-next
11998 @kindex t p
11999 @pindex calc-trail-previous
12000 @kindex t f
12001 @pindex calc-trail-forward
12002 @kindex t b
12003 @pindex calc-trail-backward
12004 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12005 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12006 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12007 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12008 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12009 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
12011 @kindex t [
12012 @pindex calc-trail-first
12013 @kindex t ]
12014 @pindex calc-trail-last
12015 @kindex t h
12016 @pindex calc-trail-here
12017 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12018 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12019 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12020 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12021 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
12023 @kindex t s
12024 @pindex calc-trail-isearch-forward
12025 @kindex t r
12026 @pindex calc-trail-isearch-backward
12027 @ifnottex
12028 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12029 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12030 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12031 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12032 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12033 it was when the search began.
12034 @end ifnottex
12035 @tex
12036 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12037 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12038 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12039 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12040 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12041 it was when the search began.
12042 @end tex
12044 @kindex t m
12045 @pindex calc-trail-marker
12046 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12047 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12048 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12049 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12050 targets for later incremental searches in the trail.
12052 @kindex t k
12053 @pindex calc-trail-kill
12054 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12055 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12056 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12057 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12058 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12060 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12061 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12063 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
12064 @section Keep Arguments
12066 @noindent
12067 @kindex K
12068 @pindex calc-keep-args
12069 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12070 the following command.  It prevents that command from removing its
12071 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12072 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12073 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12075 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12076 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12077 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12078 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12079 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12080 simplified version of the formula onto the stack after the original
12081 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12082 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12083 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12084 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12085 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12086 extra work. 
12088 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12089 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12090 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12092 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12093 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12094 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12095 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12096 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12097 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12099 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12100 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12101 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12102 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12103 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12104 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12106 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12107 @chapter Mode Settings
12109 @noindent
12110 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12111 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12112 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12114 @menu
12115 * General Mode Commands::
12116 * Precision::
12117 * Inverse and Hyperbolic::
12118 * Calculation Modes::
12119 * Simplification Modes::
12120 * Declarations::
12121 * Display Modes::
12122 * Language Modes::
12123 * Modes Variable::
12124 * Calc Mode Line::
12125 @end menu
12127 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12128 @section General Mode Commands
12130 @noindent
12131 @kindex m m
12132 @pindex calc-save-modes
12133 @cindex Continuous memory
12134 @cindex Saving mode settings
12135 @cindex Permanent mode settings
12136 @cindex Calc init file, mode settings
12137 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12138 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12139 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12140 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12141 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12142 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12143 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12144 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12145 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12146 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12147 appended to the end of the file.
12149 @kindex m R
12150 @pindex calc-mode-record-mode
12151 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12152 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12153 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12154 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12155 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12156 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12157 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12158 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12160 @kindex m F
12161 @pindex calc-settings-file-name
12162 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12163 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12164 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12165 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12166 their default values, then settings from the file you named are loaded
12167 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12168 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12169 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12170 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12171 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12173 If the file name you give is your user init file (typically
12174 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12175 is because your user init file may contain other things you don't want
12176 to reread.  You can give 
12177 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12178 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12179 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12180 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12181 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12182 modes present in the file you were using before.
12184 @kindex m x
12185 @pindex calc-always-load-extensions
12186 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12187 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12188 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12189 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12190 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12191 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12192 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12194 @kindex m S
12195 @pindex calc-shift-prefix
12196 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12197 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12198 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12199 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12200 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12201 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12202 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12203 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12204 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12205 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12206 shifted-prefix mode.
12208 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12209 @section Precision
12211 @noindent
12212 @kindex p
12213 @pindex calc-precision
12214 @cindex Precision of calculations
12215 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12216 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12217 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12218 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12219 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12221 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12222 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12224 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12225 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12226 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12227 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12228 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12229 round values already on the stack, but those values will be rounded
12230 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12231 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12232 existing value to a new precision.
12234 @cindex Accuracy of calculations
12235 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12236 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12237 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12238 The precision is the total number of digits not counting leading
12239 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12240 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12241 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12242 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12243 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12244 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12245 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12246 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12248 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12249 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12250 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12251 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12252 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12253 of the numbers involved.
12255 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12256 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12257 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12258 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12259 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12260 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12262 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12263 issues.
12265 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12266 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12268 @noindent
12269 @kindex I
12270 @pindex calc-inverse
12271 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12272 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12273 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12274 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12275 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12277 @kindex H
12278 @pindex calc-hyperbolic
12279 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12280 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12281 If both of these flags are set at once, the effect will be
12282 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12283 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12284 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12286 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12287 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12288 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12289 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12291 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12292 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12293 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12294 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12295 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12296 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12297 subtract and keep arguments).
12299 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12300 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12302 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12303 @section Calculation Modes
12305 @noindent
12306 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12307 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12308 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12309 (@pxref{Algebraic Entry}).
12311 @menu
12312 * Angular Modes::
12313 * Polar Mode::
12314 * Fraction Mode::
12315 * Infinite Mode::
12316 * Symbolic Mode::
12317 * Matrix Mode::
12318 * Automatic Recomputation::
12319 * Working Message::
12320 @end menu
12322 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12323 @subsection Angular Modes
12325 @noindent
12326 @cindex Angular mode
12327 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12328 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12329 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12330 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12331 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12332 degrees-minutes-seconds.
12334 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12335 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12336 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12337 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12338 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12339 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12340 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12342 @kindex m r
12343 @pindex calc-radians-mode
12344 @kindex m d
12345 @pindex calc-degrees-mode
12346 @kindex m h
12347 @pindex calc-hms-mode
12348 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12349 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12350 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12351 The default angular mode is Degrees.
12353 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12354 @subsection Polar Mode
12356 @noindent
12357 @cindex Polar mode
12358 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12359 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12360 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12361 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12362 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12364 @kindex m p
12365 @pindex calc-polar-mode
12366 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12367 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12368 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12370 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12371 @subsection Fraction Mode
12373 @noindent
12374 @cindex Fraction mode
12375 @cindex Division of integers
12376 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12377 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12378 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12379 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12380 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12381 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12382 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12384 @kindex m f
12385 @pindex calc-frac-mode
12386 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12387 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12388 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12389 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12390 Float mode.
12392 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12393 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12394 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12396 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12397 @subsection Infinite Mode
12399 @noindent
12400 @cindex Infinite mode
12401 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12402 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12403 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12404 results.
12406 @kindex m i
12407 @pindex calc-infinite-mode
12408 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12409 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12410 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12411 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12412 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12413 will not be generated when Infinite mode is off.)
12415 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12416 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12417 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12418 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12419 functions can also return infinities in this mode; for example,
12420 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12421 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12422 this calculation has infinity as an input.
12424 @cindex Positive Infinite mode
12425 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12426 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12427 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12428 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12429 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12430 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12431 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12432 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12433 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12434 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12436 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12437 @subsection Symbolic Mode
12439 @noindent
12440 @cindex Symbolic mode
12441 @cindex Inexact results
12442 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12443 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12444 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12445 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12446 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12448 @kindex m s
12449 @pindex calc-symbolic-mode
12450 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12451 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12452 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12453 @samp{sqrt(2)}.
12455 @kindex N
12456 @pindex calc-eval-num
12457 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12458 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12459 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12460 Given a numeric prefix argument, it also
12461 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12462 of the command.
12464 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12465 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12466 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12467 variables.)
12469 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12470 @subsection Matrix and Scalar Modes
12472 @noindent
12473 @cindex Matrix mode
12474 @cindex Scalar mode
12475 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12476 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12477 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12478 modify its behavior around vectors in useful ways.
12480 @kindex m v
12481 @pindex calc-matrix-mode
12482 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12483 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12484 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12485 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12486 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12487 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12488 mode is that calculations that would normally produce constants like
12489 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12490 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12491 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12492 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12493 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12494 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12495 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12496 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12497 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12498 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12499 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12501 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12502 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12503 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12504 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12505 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12506 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12507 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12509 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12511 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12512 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12513 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12514 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12515 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12516 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12517 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12519 @cindex Declaring scalar variables
12520 Of course these modes are approximations to the true state of
12521 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12522 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12523 certain variables or functions to be scalar-valued.
12524 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12526 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12527 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12528 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12529 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12530 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12531 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12532 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12534 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12535 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12536 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12537 of the formula without affecting the rest just select that part,
12538 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12539 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12541 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12542 @subsection Automatic Recomputation
12544 @noindent
12545 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12546 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12547 whenever variable values or mode settings that might affect them
12548 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12550 @kindex m C
12551 @pindex calc-auto-recompute
12552 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12553 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12554 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12555 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12556 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12557 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12558 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12559 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12561 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12562 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12563 @xref{Embedded Mode}.
12565 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12566 @subsection Working Messages
12568 @noindent
12569 @cindex Performance
12570 @cindex Working messages
12571 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12572 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12573 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12574 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12575 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12576 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12577 be disabled if you find them distracting.
12579 @kindex m w
12580 @pindex calc-working
12581 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12582 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12583 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12584 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12585 the current mode.
12587 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12588 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12589 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12590 to turn the messages off.
12592 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12593 @section Simplification Modes
12595 @noindent
12596 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12597 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12598 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12599 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12600 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12601 are done by default but can be turned off when necessary.
12603 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12604 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12605 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12606 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12608 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12609 followed by a shifted letter.
12611 @kindex m O
12612 @pindex calc-no-simplify-mode
12613 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12614 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12615 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12616 in this mode.
12618 @kindex m N
12619 @pindex calc-num-simplify-mode
12620 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12621 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12622 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12623 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12624 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12625 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12626 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12627 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12628 error form or modulo form), or a vector all of whose
12629 elements are constant.
12631 @kindex m D
12632 @pindex calc-default-simplify-mode
12633 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12634 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12635 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12636 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12637 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12639 @kindex m B
12640 @pindex calc-bin-simplify-mode
12641 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12642 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12643 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12644 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12645 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12646 results (after the default simplifications) are left alone.
12648 @kindex m A
12649 @pindex calc-alg-simplify-mode
12650 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12651 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12652 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12653 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12655 @kindex m E
12656 @pindex calc-ext-simplify-mode
12657 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12658 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12659 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12661 @kindex m U
12662 @pindex calc-units-simplify-mode
12663 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12664 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12665 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12666 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12667 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12668 are simplified with their unit definitions in mind.
12670 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12671 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12672 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12673 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12674 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12676 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12677 @section Declarations
12679 @noindent
12680 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12681 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12682 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12683 take the fully general situation into account.
12685 @menu
12686 * Declaration Basics::
12687 * Kinds of Declarations::
12688 * Functions for Declarations::
12689 @end menu
12691 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12692 @subsection Declaration Basics
12694 @noindent
12695 @kindex s d
12696 @pindex calc-declare-variable
12697 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12698 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12699 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12700 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12701 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12702 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12703 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12705 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12706 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12707 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12708 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12709 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12710 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12711 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12712 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12714 @cindex @code{Decls} variable
12715 @vindex Decls
12716 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12717 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12718 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12719 vector of variables declared by that row, and the declaration
12720 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12721 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12722 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12723 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12724 permanently if you wish.
12726 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12727 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12728 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12729 command declares only variables, so if you wish to make a function
12730 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12732 For example, the declaration matrix
12734 @smallexample
12735 @group
12736 [ [ foo,       real       ]
12737   [ [j, k, n], int        ]
12738   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12739 @end group
12740 @end smallexample
12742 @noindent
12743 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12744 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12745 returns a real number in the interval shown.
12747 @vindex All
12748 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12749 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12750 It does not apply to function names.  For example, using the row
12751 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12752 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12753 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12754 response to the variable-name prompt.
12756 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12757 @subsection Kinds of Declarations
12759 @noindent
12760 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12761 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12762 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12763 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12764 for the variable.
12766 @smallexample
12767 @group
12768 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12769   [ b, [1 .. 5]        ]
12770   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12771 @end group
12772 @end smallexample
12774 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12775 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12776 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12777 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12778 nearly equivalent (see below).
12780 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12781 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12782 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12783 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12785 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12786 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12787 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12788 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12789 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12790 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12792 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12793 stored in a variable:
12795 @table @code
12796 @item int
12797 Integers.
12798 @item numint
12799 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12800 @item frac
12801 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12802 @item rat
12803 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12804 @item float
12805 Floating-point numbers.
12806 @item real
12807 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12808 intervals and error forms with real components also count as
12809 reals here.)
12810 @item pos
12811 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12812 @item nonneg
12813 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12814 @item number
12815 Numbers.  (Real or complex.)
12816 @end table
12818 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12819 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12820 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12821 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12822 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12823 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12824 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12825 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12826 of the formula.
12828 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12829 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12830 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12831 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12832 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12833 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12835 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12836 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12837 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12838 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12839 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12841 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12842 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12843 Calc leaves this formula alone.  After the command
12844 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12845 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12846 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12848 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12849 they comprise the set of possible values that the variable or
12850 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12851 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12852 (note that infinity is included in the range of possible values);
12853 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12854 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12855 redundant because the fact that the variable is real can be
12856 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12857 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12859 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12860 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12862 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12863 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12864 In other words, the range of possible values means only that
12865 the variable's value must be numerically equal to a number in
12866 that range, but not that it must be equal in type as well.
12867 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12868 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12870 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12871 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12872 where the interval does not lie in the range described by the
12873 type symbol.
12875 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12876 like the one described above.  Another case where they are used
12877 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12878 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12879 roots (if any) will be included in the list.
12881 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12882 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12883 shown above).
12885 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12886 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12887 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12888 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12889 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12890 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12891 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12892 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12893 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12894 not known to be nonzero.
12896 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12898 @table @code
12899 @item scalar
12900 The value is not a vector.
12901 @item vector
12902 The value is a vector.
12903 @item matrix
12904 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12905 @item sqmatrix
12906 The value is a square matrix.
12907 @end table
12909 These type symbols can be combined with the other type symbols
12910 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12911 is a matrix of integers.
12913 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12914 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12915 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12916 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12917 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12918 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12919 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12920 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12921 declarations.)
12923 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12924 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12925 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12927 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12928 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12930 @table @code
12931 @item const
12932 The value is a constant with respect to other variables.
12933 @end table
12935 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12936 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12937 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12938 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12939 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12940 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12941 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12942 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12943 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12944 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12946 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12947 @subsection Functions for Declarations
12949 @noindent
12950 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12951 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12952 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12953 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12954 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12955 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12956 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12957 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12958 that perform other tests not related to declarations.
12960 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12961 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12962 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12963 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12964 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12966 @ignore
12967 @starindex
12968 @end ignore
12969 @tindex dint
12970 @ignore
12971 @starindex
12972 @end ignore
12973 @tindex dnumint
12974 @ignore
12975 @starindex
12976 @end ignore
12977 @tindex dnatnum
12978 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12979 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12980 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12981 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12982 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12983 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12984 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12985 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12987 @ignore
12988 @starindex
12989 @end ignore
12990 @tindex drat
12991 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12992 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12993 and error forms do not.
12995 @ignore
12996 @starindex
12997 @end ignore
12998 @tindex dreal
12999 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13000 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13002 @ignore
13003 @starindex
13004 @end ignore
13005 @tindex dimag
13006 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13007 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
13009 @ignore
13010 @starindex
13011 @end ignore
13012 @tindex dpos
13013 @ignore
13014 @starindex
13015 @end ignore
13016 @tindex dneg
13017 @ignore
13018 @starindex
13019 @end ignore
13020 @tindex dnonneg
13021 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13022 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13023 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13024 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13025 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13026 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13027 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13028 are rarely necessary.
13030 @ignore
13031 @starindex
13032 @end ignore
13033 @tindex dnonzero
13034 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13035 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13036 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13037 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13038 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13039 represent values which could be anything including zero.  (This is
13040 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13042 @ignore
13043 @starindex
13044 @end ignore
13045 @tindex deven
13046 @ignore
13047 @starindex
13048 @end ignore
13049 @tindex dodd
13050 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13051 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13052 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13053 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13054 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13056 @ignore
13057 @starindex
13058 @end ignore
13059 @tindex drange
13060 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13061 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13062 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13063 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13064 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13065 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13066 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13067 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13068 remains unevaluated.
13070 @ignore
13071 @starindex
13072 @end ignore
13073 @tindex dscalar
13074 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13075 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13076 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13077 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13078 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13079 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13080 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13081 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13082 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13083 information to tell.
13085 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13086 @section Display Modes
13088 @noindent
13089 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13090 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13091 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13092 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13093 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13094 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13096 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13097 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13098 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13099 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13100 reflect the latest mode settings.
13102 @kindex d @key{RET}
13103 @pindex calc-refresh-top
13104 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13105 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13106 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13107 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13108 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13109 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13110 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13112 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13113 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13114 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13115 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13117 @menu
13118 * Radix Modes::
13119 * Grouping Digits::
13120 * Float Formats::
13121 * Complex Formats::
13122 * Fraction Formats::
13123 * HMS Formats::
13124 * Date Formats::
13125 * Truncating the Stack::
13126 * Justification::
13127 * Labels::
13128 @end menu
13130 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13131 @subsection Radix Modes
13133 @noindent
13134 @cindex Radix display
13135 @cindex Non-decimal numbers
13136 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13137 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13138 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13139 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13140 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13141 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13143 @kindex d 2
13144 @kindex d 8
13145 @kindex d 6
13146 @kindex d 0
13147 @cindex Hexadecimal integers
13148 @cindex Octal integers
13149 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13150 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13151 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13152 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13153 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13154 as decimal.
13156 @kindex d r
13157 @pindex calc-radix
13158 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13159 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13160 argument; otherwise you will be prompted for it.
13162 @kindex d z
13163 @pindex calc-leading-zeros
13164 @cindex Leading zeros
13165 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13166 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13167 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13168 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13169 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13170 are displayed with at least enough digits to represent 
13171 @texline @math{2^w-1}
13172 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13173 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13174 entirety.) 
13176 With the command @kbd{C-u d 2}, Calc will display integers using
13177 twos-complement notation, using the current word-size to determine
13178 the number of bits.  When using twos-complement notation, a negative
13179 word size might be appropriate (@pxref{Binary Functions}).  If the
13180 absolute value of the word size is @expr{w}, then twos-complement
13181 notation will represent the integers in the symmetric interval from
13182 @texline @math{-2^{w-1}}
13183 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13185 @texline @math{2^{w-1}-1}
13186 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13187 using the binary numbers from @expr{0} to @expr{2^w}; the
13188 integers from @expr{0} to 
13189 @texline @math{2^{w-1}-1}
13190 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13191 will be represented by their usual binary form and the integers
13192 from 
13193 @texline @math{-2^{w-1}}
13194 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13195 to @expr{-1} will be represented by first adding @expr{2^w} to them
13196 and then using the usual binary form (so they will be represented by
13197 the integers from
13198 @texline @math{2^{w-1}}
13199 @infoline @expr{2^(w-1)}
13200 to @expr{2^w}).  Calc will represent a twos-complement integer
13201 by the radix @expr{2}, two @kbd{#} symbols, and the @expr{w} binary
13202 digits (including any necessary leading zeros).  Numbers that are not
13203 displayed in twos-complement notation (i.e., that aren't integers from 
13204 @texline @math{-2^{w-1}}
13205 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13206 to 
13207 @c (
13208 @texline @math{2^{w-1}-1})
13209 @infoline @expr{2^(w-1)-1})
13210 will be represented using Calc's usual binary notation.
13212 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13213 @subsection Grouping Digits
13215 @noindent
13216 @kindex d g
13217 @pindex calc-group-digits
13218 @cindex Grouping digits
13219 @cindex Digit grouping
13220 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13221 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13222 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13223 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13224 separated by commas.
13226 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13227 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13228 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13229 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13230 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13231 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13232 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13234 @kindex d ,
13235 @pindex calc-group-char
13236 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13237 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13238 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13239 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13240 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13241 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13242 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13244 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13245 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13246 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13247 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13248 is ignored by @TeX{} language mode.
13250 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13251 @subsection Float Formats
13253 @noindent
13254 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13255 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13256 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13257 in this section allow you to choose among several alternative display
13258 formats for floats.
13260 @kindex d n
13261 @pindex calc-normal-notation
13262 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13263 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13264 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13265 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13266 the specified number of significant digits less than the current
13267 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13268 current precision is 12.)
13270 @kindex d f
13271 @pindex calc-fix-notation
13272 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13273 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13274 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13275 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13276 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13277 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13278 to zero rather than switching to scientific notation.
13280 @kindex d s
13281 @pindex calc-sci-notation
13282 @cindex Scientific notation, display of
13283 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13284 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13285 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13286 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13287 The default is to display all significant digits.
13289 @kindex d e
13290 @pindex calc-eng-notation
13291 @cindex Engineering notation, display of
13292 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13293 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13294 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13295 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13296 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13298 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13299 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13300 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13301 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13302 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13303 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13304 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13305 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13306 actual displayed text in the Calculator buffer.
13308 @kindex d .
13309 @pindex calc-point-char
13310 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13311 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13312 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13313 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13314 numbers, and commas to separate elements in a list.
13316 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13317 @subsection Complex Formats
13319 @noindent
13320 @kindex d c
13321 @pindex calc-complex-notation
13322 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13323 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13324 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13325 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13327 @kindex d i
13328 @pindex calc-i-notation
13329 @kindex d j
13330 @pindex calc-j-notation
13331 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13332 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13333 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13334 in some disciplines.
13336 @cindex @code{i} variable
13337 @vindex i
13338 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13339 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13340 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13341 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13342 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13343 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13344 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13345 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13347 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13348 @subsection Fraction Formats
13350 @noindent
13351 @kindex d o
13352 @pindex calc-over-notation
13353 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13354 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13355 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13356 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13357 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13358 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13359 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13360 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13362 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13363 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13364 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13365 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13366 and @kbd{8:3} are equivalent).
13368 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13369 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13370 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13371 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13372 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13373 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13374 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13375 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13376 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13377 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13378 integers as @expr{n:1}.
13380 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13381 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13382 never affects floats.
13384 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13385 @subsection HMS Formats
13387 @noindent
13388 @kindex d h
13389 @pindex calc-hms-notation
13390 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13391 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13392 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13393 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13394 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13395 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13396 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13398 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13399 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13400 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13401 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13402 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13403 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13404 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13405 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13406 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13407 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13408 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13409 entry.
13411 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13412 @subsection Date Formats
13414 @noindent
13415 @kindex d d
13416 @pindex calc-date-notation
13417 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13418 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13419 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13420 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13421 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13422 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13423 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13424 pure dates.
13426 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13427 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13428 If you enter a blank format string, this default format is
13429 reestablished.
13431 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13432 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13433 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13435 @menu
13436 * Date Formatting Codes::
13437 * Free-Form Dates::
13438 * Standard Date Formats::
13439 @end menu
13441 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13442 @subsubsection Date Formatting Codes
13444 @noindent
13445 When displaying a date, the current date format is used.  All
13446 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13447 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13448 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13449 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13450 below.
13452 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13453 match the input string to the current format either with or without
13454 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13455 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13456 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13457 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13458 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13459 flexible algorithm which is described in the next section.
13461 Weekday names are ignored during reading.
13463 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13464 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13465 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13466 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13467 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13469 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13471 @table @asis
13472 @item Y
13473 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13474 @item YY
13475 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13476 @item BY
13477 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13478 @item YYY
13479 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13480 @item YYYY
13481 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13482 @item aa
13483 Year:  ``ad'' or blank.
13484 @item AA
13485 Year:  ``AD'' or blank.
13486 @item aaa
13487 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13488 @item AAA
13489 Year:  ``AD '' or blank.
13490 @item aaaa
13491 Year:  ``a.d.'' or blank.
13492 @item AAAA
13493 Year:  ``A.D.'' or blank.
13494 @item bb
13495 Year:  ``bc'' or blank.
13496 @item BB
13497 Year:  ``BC'' or blank.
13498 @item bbb
13499 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13500 @item BBB
13501 Year:  `` BC'' or blank.
13502 @item bbbb
13503 Year:  ``b.c.'' or blank.
13504 @item BBBB
13505 Year:  ``B.C.'' or blank.
13506 @item M
13507 Month:  ``8'' for August.
13508 @item MM
13509 Month:  ``08'' for August.
13510 @item BM
13511 Month:  `` 8'' for August.
13512 @item MMM
13513 Month:  ``AUG'' for August.
13514 @item Mmm
13515 Month:  ``Aug'' for August.
13516 @item mmm
13517 Month:  ``aug'' for August.
13518 @item MMMM
13519 Month:  ``AUGUST'' for August.
13520 @item Mmmm
13521 Month:  ``August'' for August.
13522 @item D
13523 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13524 @item DD
13525 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13526 @item BD
13527 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13528 @item W
13529 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13530 @item WWW
13531 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13532 @item Www
13533 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13534 @item www
13535 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13536 @item WWWW
13537 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13538 @item Wwww
13539 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13540 @item d
13541 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13542 @item ddd
13543 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13544 @item bdd
13545 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13546 @item h
13547 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13548 @item hh
13549 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13550 @item bh
13551 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13552 @item H
13553 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13554 @item HH
13555 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13556 @item BH
13557 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13558 @item p
13559 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13560 @item P
13561 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13562 @item pp
13563 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13564 @item PP
13565 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13566 @item pppp
13567 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13568 @item PPPP
13569 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13570 @item m
13571 Minutes:  ``7'' for 7.
13572 @item mm
13573 Minutes:  ``07'' for 7.
13574 @item bm
13575 Minutes:  `` 7'' for 7.
13576 @item s
13577 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13578 @item ss
13579 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13580 @item bs
13581 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13582 @item SS
13583 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13584 @item BS
13585 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13586 @item N
13587 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13588 @item n
13589 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13590 @item J
13591 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13592 @item j
13593 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13594 @item U
13595 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13596 @item X
13597 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13598 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13599 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13600 required for algebraic entry.
13601 @end table
13603 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13604 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13606 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13607 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13608 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13609 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13610 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13612 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13613 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13614 reading unless several of these codes are strung together with no
13615 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13616 many digits as there are letters in the format.
13618 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13619 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13620 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13622 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13623 @subsubsection Free-Form Dates
13625 @noindent
13626 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13627 on the algorithm described here if the input does not exactly
13628 match the current date format.  This algorithm generally
13629 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13630 but it is described here in full detail for the curious.
13632 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13633 while interpreting dates.
13635 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13636 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13637 the date.
13639 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13640 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13641 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13642 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13643 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13644 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13645 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13646 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13647 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13648 recognized with no number attached.
13650 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13651 format.
13653 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13654 from the string; other characters are ignored.  All words must
13655 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13656 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13657 abbreviations.
13659 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13660 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13661 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13662 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13663 assumes the month, day and year are in the same order that they
13664 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13665 current year is taken from the system clock.
13667 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13668 words, then the input is rejected.
13670 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13671 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13672 like Julian dates that were included along with the traditional
13673 date components when the date was formatted.
13675 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13676 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13677 minus sign on the year value.
13679 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13680 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13682 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13683 @subsubsection Standard Date Formats
13685 @noindent
13686 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13687 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13688 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13689 to select the other formats.
13691 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13692 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13693 enter will be recorded as the new standard format of that
13694 number, as well as becoming the new current date format.
13695 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13696 command (@pxref{Mode Settings}).
13698 @table @asis
13699 @item 0
13700 @samp{N}  (Numerical format)
13701 @item 1
13702 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13703 @item 2
13704 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13705 @item 3
13706 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13707 @item 4
13708 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13709 @item 5
13710 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13711 @item 6
13712 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13713 @item 7
13714 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13715 @item 8
13716 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13717 @item 9
13718 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13719 @end table
13721 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13722 @subsection Truncating the Stack
13724 @noindent
13725 @kindex d t
13726 @pindex calc-truncate-stack
13727 @cindex Truncating the stack
13728 @cindex Narrowing the stack
13729 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13730 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13731 The number right above that line is considered to the be at the top of
13732 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13733 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13734 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13735 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13736 keep several independent calculations running at once in different parts
13737 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13738 the stack.
13740 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13741 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13742 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13743 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13744 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13745 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13746 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13748 @kindex d [
13749 @pindex calc-truncate-up
13750 @kindex d ]
13751 @pindex calc-truncate-down
13752 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13753 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13754 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13756 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13757 @subsection Justification
13759 @noindent
13760 @kindex d <
13761 @pindex calc-left-justify
13762 @kindex d =
13763 @pindex calc-center-justify
13764 @kindex d >
13765 @pindex calc-right-justify
13766 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13767 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13768 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13769 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13770 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13771 window.
13773 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13774 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13775 text.
13777 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13778 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13779 together, the decimal points on numbers will always line up.
13781 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13782 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13783 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13784 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13785 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13786 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13787 origin and line width is slightly different in each justification
13788 mode.
13790 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13791 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13792 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13793 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13794 line is indented to the origin.
13796 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13797 character is just before the origin, or just before the current
13798 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13799 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13800 specified, or else the origin is used as a width if that is
13801 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13803 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13804 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13805 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13806 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13807 line width or Calc window width is used.
13809 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13810 is indented an additional four spaces to make room for the line
13811 number.  The width of the line number is taken into account when
13812 positioning according to the current Calc window width, but not
13813 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13814 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13815 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13817 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13818 @subsection Labels
13820 @noindent
13821 @kindex d @{
13822 @pindex calc-left-label
13823 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13824 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13825 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13826 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13827 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13828 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13829 affect the horizontal position of the stack entry.
13831 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13833 @kindex d @}
13834 @pindex calc-right-label
13835 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13836 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13837 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13838 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13839 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13840 justified to the line width.
13842 One application of labels would be to add equation numbers to
13843 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13844 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13845 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13846 left or right as you prefer.
13848 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13849 @section Language Modes
13851 @noindent
13852 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13853 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13854 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13855 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13856 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13857 another buffer will be interpreted according to the current language.
13859 The current language has no effect on things written to or read from the
13860 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13861 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13862 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13864 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13865 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13866 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13867 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13868 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13869 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13870 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13871 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13873 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13874 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13875 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13876 and would have written the formula back with notations (like implicit
13877 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13879 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13880 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13881 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13882 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13884 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13885 shifted letter key.
13887 @menu
13888 * Normal Language Modes::
13889 * C FORTRAN Pascal::
13890 * TeX and LaTeX Language Modes::
13891 * Eqn Language Mode::
13892 * Yacas Language Mode::
13893 * Maxima Language Mode::
13894 * Giac Language Mode::
13895 * Mathematica Language Mode::
13896 * Maple Language Mode::
13897 * Compositions::
13898 * Syntax Tables::
13899 @end menu
13901 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13902 @subsection Normal Language Modes
13904 @noindent
13905 @kindex d N
13906 @pindex calc-normal-language
13907 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13908 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13909 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13910 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13911 keyboard.
13913 @kindex d O
13914 @pindex calc-flat-language
13915 @cindex Matrix display
13916 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13917 identical with the normal one, except that matrices are written in
13918 one-line form along with everything else.  In some applications this
13919 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13921 @kindex d b
13922 @pindex calc-line-breaking
13923 @cindex Line breaking
13924 @cindex Breaking up long lines
13925 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13926 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13927 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13928 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13929 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13930 command, that argument will specify the line width used when breaking
13931 long lines.
13933 @kindex d B
13934 @pindex calc-big-language
13935 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13936 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13937 such as powers, quotients, and square roots:
13939 @example
13940   ____________
13941  | a + 1    2
13942  | ----- + c
13943 \|   b
13944 @end example
13946 @noindent
13947 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13949 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13950 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13951 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13952 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13953 notation.
13955 One slight ambiguity of Big notation is that
13957 @example
13958   3
13959 - -
13960   4
13961 @end example
13963 @noindent
13964 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13965 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13966 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13967 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13968 typical use.
13970 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13971 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13972 though generally you will know which interpretation is correct.
13973 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13974 in Big mode.
13976 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13977 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13978 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13979 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13980 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13982 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13983 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13984 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13985 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13987 @kindex d U
13988 @pindex calc-unformatted-language
13989 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13990 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13991 shown above would be displayed:
13993 @example
13994 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13995 @end example
13997 These four modes differ only in display format, not in the format
13998 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13999 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14000 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14001 parentheses).
14003 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
14004 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14006 @noindent
14007 @kindex d C
14008 @pindex calc-c-language
14009 @cindex C language
14010 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14011 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14012 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14013 particular, C language operators and operator precedences are used in
14014 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14015 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14016 @samp{pow(a,b)}.
14018 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14019 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14020 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14021 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14022 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
14023 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14024 using the @samp{:=} symbol.
14026 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
14027 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
14028 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14029 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14030 names are different in C are translated automatically for entry and
14031 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14032 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14033 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14035 @kindex d P
14036 @pindex calc-pascal-language
14037 @cindex Pascal language
14038 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14039 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14040 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14041 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14042 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14043 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14044 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14045 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14046 of handling these in Pascal.
14048 @kindex d F
14049 @pindex calc-fortran-language
14050 @cindex FORTRAN language
14051 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14052 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14053 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14054 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14055 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14056 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14057 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14058 If the variable @code{a} has been declared to have type
14059 @code{vector} or @code{matrix}, however,  then @samp{a(i)} will be
14060 parsed as a subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't
14061 matter, though; if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and
14062 Calc interprets it as a function call, you'll never know the difference
14063 unless you switch to another language mode or replace @code{a} with an
14064 actual vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14065 function!).
14067 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14068 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14069 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14071 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14072 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14073 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14074 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14075 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14076 convert to lower-case for display and input.
14078 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14079 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
14081 @noindent
14082 @kindex d T
14083 @pindex calc-tex-language
14084 @cindex TeX language
14085 @kindex d L
14086 @pindex calc-latex-language
14087 @cindex LaTeX language
14088 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14089 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14090 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14091 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14092 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14093 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14094 mode may display it differently.
14096 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14097 @texline @math{\sin(a/b)}
14098 @infoline @expr{sin(a/b)}
14099 will appear as @samp{\sin\left( @{a \over b@} \right)} in @TeX{} mode and
14100 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14101 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14102 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14103 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14104 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14106 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14107 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14108 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14109 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14110 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14111 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14112 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14113 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14114 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14115 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14116 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14117 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14118 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14120 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14121 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14122 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14123 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14124 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14125 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14126 printed result is 
14127 @texline @math{\sin{2 x}}
14128 @infoline @expr{sin 2x} 
14129 but 
14130 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14131 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14133 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14134 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14135 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14136 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14137 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14138 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14139 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14140 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14141 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14142 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14143 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14144 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14145 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14146 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14147 any @TeX{} mode.)
14149 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14150 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14151 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14152 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14153 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14154 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14155 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14156 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14157 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14158 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14159 format in @TeX{} mode and in 
14160 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14161 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14162 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14163 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14164 form, such as 
14166 @example
14167 \begin@{pmatrix@}
14168 a & b \\
14169 c & d
14170 \end@{pmatrix@}
14171 @end example
14173 @noindent
14174 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14175 expressions being displayed like
14177 @example
14178 \begin@{pmatrix@} \times x
14179 a & b \\
14180 c & d
14181 \end@{pmatrix@}
14182 @end example
14184 @noindent
14185 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14186 (Similarly for @TeX{}.)
14188 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14189 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14190 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14191 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14192 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14193 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14195 @ignore
14196 @iftex
14197 @begingroup
14198 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14199 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14200 @end iftex
14201 @starindex
14202 @end ignore
14203 @tindex acute
14204 @ignore
14205 @starindex
14206 @end ignore
14207 @tindex Acute
14208 @ignore
14209 @starindex
14210 @end ignore
14211 @tindex bar
14212 @ignore
14213 @starindex
14214 @end ignore
14215 @tindex Bar
14216 @ignore
14217 @starindex
14218 @end ignore
14219 @tindex breve
14220 @ignore
14221 @starindex
14222 @end ignore
14223 @tindex Breve
14224 @ignore
14225 @starindex
14226 @end ignore
14227 @tindex check
14228 @ignore
14229 @starindex
14230 @end ignore
14231 @tindex Check
14232 @ignore
14233 @starindex
14234 @end ignore
14235 @tindex dddot
14236 @ignore
14237 @starindex
14238 @end ignore
14239 @tindex ddddot
14240 @ignore
14241 @starindex
14242 @end ignore
14243 @tindex dot
14244 @ignore
14245 @starindex
14246 @end ignore
14247 @tindex Dot
14248 @ignore
14249 @starindex
14250 @end ignore
14251 @tindex dotdot
14252 @ignore
14253 @starindex
14254 @end ignore
14255 @tindex DotDot
14256 @ignore
14257 @starindex
14258 @end ignore
14259 @tindex dyad
14260 @ignore
14261 @starindex
14262 @end ignore
14263 @tindex grave
14264 @ignore
14265 @starindex
14266 @end ignore
14267 @tindex Grave
14268 @ignore
14269 @starindex
14270 @end ignore
14271 @tindex hat
14272 @ignore
14273 @starindex
14274 @end ignore
14275 @tindex Hat
14276 @ignore
14277 @starindex
14278 @end ignore
14279 @tindex Prime
14280 @ignore
14281 @starindex
14282 @end ignore
14283 @tindex tilde
14284 @ignore
14285 @starindex
14286 @end ignore
14287 @tindex Tilde
14288 @ignore
14289 @starindex
14290 @end ignore
14291 @tindex under
14292 @ignore
14293 @starindex
14294 @end ignore
14295 @tindex Vec
14296 @ignore
14297 @starindex
14298 @end ignore
14299 @tindex VEC
14300 @ignore
14301 @iftex
14302 @endgroup
14303 @end iftex
14304 @end ignore
14305 @example
14306 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14307 ----      ---           -----         ---
14308 acute     \acute        \acute        
14309 Acute                   \Acute        
14310 bar       \bar          \bar          bar
14311 Bar                     \Bar
14312 breve     \breve        \breve        
14313 Breve                   \Breve        
14314 check     \check        \check        
14315 Check                   \Check        
14316 dddot                   \dddot
14317 ddddot                  \ddddot
14318 dot       \dot          \dot          dot
14319 Dot                     \Dot
14320 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14321 DotDot                  \Ddot         
14322 dyad                                  dyad
14323 grave     \grave        \grave        
14324 Grave                   \Grave        
14325 hat       \hat          \hat          hat
14326 Hat                     \Hat          
14327 Prime                                 prime
14328 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14329 Tilde                   \Tilde
14330 under     \underline    \underline    under
14331 Vec       \vec          \vec          vec
14332 VEC                     \Vec
14333 @end example
14335 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14336 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14337 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14338 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14339 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14340 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14341 You will typically want to include one of the following definitions
14342 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14344 @example
14345 \def\evalto@{@}
14346 \def\evalto#1\to@{@}
14347 @end example
14349 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14350 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14351 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14352 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14353 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14354 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14356 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14357 reading is:
14359 @example
14360 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14361 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14362 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14363 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14364 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14365 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14366 \evalto
14367 @end example
14369 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14370 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14371 font information. 
14373 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14374 the same as @samp{*}.
14376 @ifnottex
14377 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14378 end of this section.
14379 @end ifnottex
14380 @iftex
14381 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14383 @example
14384 @group
14385 sin(a^2 / b_i)
14386 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14387 @end group
14388 @end example
14389 @tex
14390 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14391 @end tex
14392 @sp 1
14394 @example
14395 @group
14396 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14397 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14398 @end group
14399 @end example
14400 @tex
14401 \turnoffactive
14402 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14403 @end tex
14404 @sp 1
14406 @example
14407 @group
14408 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14409 [|a|, \left| a \over b \right|,
14410  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14411 @end group
14412 @end example
14413 @tex
14414 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14415     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14416 @end tex
14417 @sp 1
14419 @example
14420 @group
14421 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14422 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14423  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14424 @end group
14425 @end example
14426 @tex
14427 \turnoffactive
14428 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14429 @end tex
14430 @sp 2
14432 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14433 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14434 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14436 @example
14437 @group
14438 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14439 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14440 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14441 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14442 @end group
14443 @end example
14444 @tex
14445 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14446 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14447 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14448 @end tex
14449 @sp 2
14451 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14453 @example
14454 @group
14455 2 + 3 => 5
14456 \evalto 2 + 3 \to 5
14457 @end group
14458 @end example
14459 @tex
14460 \turnoffactive
14461 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14462 $$ 5 $$
14463 @end tex
14464 @sp 2
14466 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14468 @example
14469 @group
14470 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14471 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14472 @end group
14473 @end example
14474 @tex
14475 \turnoffactive
14476 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14477 {\let\to\Rightarrow
14478 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14479 @end tex
14480 @sp 2
14482 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14484 @example
14485 @group
14486 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14487 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14488 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14489 @end group
14490 @end example
14491 @tex
14492 \turnoffactive
14493 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14494 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14495 @end tex
14496 @sp 2
14497 @end iftex
14499 @node Eqn Language Mode, Yacas Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14500 @subsection Eqn Language Mode
14502 @noindent
14503 @kindex d E
14504 @pindex calc-eqn-language
14505 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14506 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14507 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14508 command selects @dfn{eqn} notation.
14510 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14511 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14512 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14513 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14514 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14515 required only when the argument contains spaces.
14517 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14518 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14519 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14520 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14521 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14522 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14523 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14525 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14526 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14527 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14528 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14529 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14530 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14531 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14532 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14533 names, too.)
14535 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14536 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14537 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14538 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14539 the typeset output of @dfn{eqn}).
14541 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14542 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14543 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14544 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14546 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14547 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14548 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14549 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14550 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14551 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14552 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14554 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14555 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14556 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14557 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14558 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14559 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14560 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14561 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14563 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14564 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14565 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14566 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14567 recognized for these operators during reading.
14569 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14570 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14571 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14572 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14573 if the matrix justification mode so specifies.
14575 @node Yacas Language Mode, Maxima Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14576 @subsection Yacas Language Mode
14578 @noindent
14579 @kindex d Y
14580 @pindex calc-yacas-language
14581 @cindex Yacas language
14582 The @kbd{d Y} (@code{calc-yacas-language}) command selects the
14583 conventions of Yacas, a free computer algebra system.  While the
14584 operators and functions in Yacas are similar to those of Calc, the names
14585 of built-in functions in Yacas are capitalized.  The Calc formula 
14586 @samp{sin(2 x)}, for example, is entered and displayed @samp{Sin(2 x)}
14587 in Yacas mode,  and `@samp{arcsin(x^2)} is @samp{ArcSin(x^2)} in Yacas
14588 mode.  Complex numbers are written  are written @samp{3 + 4 I}.
14589 The standard special constants are written @code{Pi}, @code{E},
14590 @code{I}, @code{GoldenRatio} and @code{Gamma}.  @code{Infinity}
14591 represents both @code{inf} and @code{uinf}, and @code{Undefined}
14592 represents @code{nan}.
14594 Certain operators on functions, such as @code{D} for differentiation 
14595 and @code{Integrate} for integration, take a prefix form in Yacas.  For
14596 example, the derivative of @w{@samp{e^x sin(x)}} can be computed with 
14597 @w{@samp{D(x) Exp(x)*Sin(x)}}.
14599 Other notable differences between Yacas and standard Calc expressions
14600 are that vectors and matrices use curly braces in Yacas, and subscripts
14601 use square brackets.  If, for example, @samp{A} represents the list
14602 @samp{@{a,2,c,4@}}, then @samp{A[3]} would equal @samp{c}.
14605 @node Maxima Language Mode, Giac Language Mode, Yacas Language Mode, Language Modes
14606 @subsection Maxima Language Mode
14608 @noindent
14609 @kindex d X
14610 @pindex calc-maxima-language
14611 @cindex Maxima language
14612 The @kbd{d X} (@code{calc-maxima-language}) command selects the
14613 conventions of Maxima, another free computer algebra system.  The
14614 function names in Maxima are similar, but not always identical, to Calc.
14615 For example, instead of @samp{arcsin(x)}, Maxima will use 
14616 @samp{asin(x)}.  Complex numbers are written @samp{3 + 4 %i}.  The
14617 standard special constants are written @code{%pi},  @code{%e},
14618 @code{%i}, @code{%phi} and @code{%gamma}.  In Maxima,  @code{inf} means
14619 the same as in Calc, but @code{infinity} represents Calc's @code{uinf}.
14621 Underscores as well as percent signs are allowed in function and
14622 variable names in Maxima mode.  The underscore again is equivalent to
14623 the @samp{#} in Normal mode, and the percent sign is equivalent to 
14624 @samp{o'o}.  
14626 Maxima uses square brackets for lists and vectors, and matrices are
14627 written as calls to the function @code{matrix}, given the row vectors of
14628 the matrix as arguments.  Square brackets are also used as subscripts.
14630 @node Giac Language Mode, Mathematica Language Mode, Maxima Language Mode, Language Modes
14631 @subsection Giac Language Mode
14633 @noindent
14634 @kindex d A
14635 @pindex calc-giac-language
14636 @cindex Giac language
14637 The @kbd{d A} (@code{calc-giac-language}) command selects the
14638 conventions of Giac, another free computer algebra system.  The function
14639 names in Giac are similar to Maxima.  Complex numbers are written
14640 @samp{3 + 4 i}.  The standard special constants in Giac are the same as
14641 in Calc, except that @code{infinity} represents both Calc's @code{inf}
14642 and @code{uinf}. 
14644 Underscores are allowed in function and variable names in Giac mode.
14645 Brackets are used for subscripts.  In Giac, indexing of lists begins at
14646 0, instead of 1 as in Calc.  So if  @samp{A} represents the list
14647 @samp{[a,2,c,4]}, then @samp{A[2]} would equal @samp{c}.  In general,
14648 @samp{A[n]} in Giac mode corresponds to @samp{A_(n+1)} in Normal mode.
14650 The Giac interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14651 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]} and
14652 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot see
14653 the difference between an open and a closed interval while in Giac mode.
14655 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Giac Language Mode, Language Modes
14656 @subsection Mathematica Language Mode
14658 @noindent
14659 @kindex d M
14660 @pindex calc-mathematica-language
14661 @cindex Mathematica language
14662 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14663 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14664 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14665 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14666 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14667 Mathematica mode.
14669 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14670 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14671 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14672 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14673 Mathematica mode.
14674 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14675 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14676 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14678 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14679 @subsection Maple Language Mode
14681 @noindent
14682 @kindex d W
14683 @pindex calc-maple-language
14684 @cindex Maple language
14685 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14686 conventions of Maple.
14688 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14689 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14690 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14691 denote powers.
14693 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14694 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14695 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14696 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14697 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14698 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14700 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} is like Giac's interval
14701 notation, and is handled the same by Calc.
14703 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14704 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14705 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14706 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14708 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14709 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14710 inert (@samp{&}) operators.
14712 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14713 @subsection Compositions
14715 @noindent
14716 @cindex Compositions
14717 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14718 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14719 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14720 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14721 are recognized by Calc's display formatting routines.
14723 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14724 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14725 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14726 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14727 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14728 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14729 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14730 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14732 The composition functions do the same thing in all language modes
14733 (although their components will of course be formatted in the current
14734 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14735 which does not give the composition functions any special treatment.
14736 The functions are discussed here because of their relationship to
14737 the language modes.
14739 @menu
14740 * Composition Basics::
14741 * Horizontal Compositions::
14742 * Vertical Compositions::
14743 * Other Compositions::
14744 * Information about Compositions::
14745 * User-Defined Compositions::
14746 @end menu
14748 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14749 @subsubsection Composition Basics
14751 @noindent
14752 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14753 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14754 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14755 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14756 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14757 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14758 For example, in the Big mode formula
14760 @example
14761 @group
14762           2
14763      a + b
14764 17 + ------
14765        c
14766 @end group
14767 @end example
14769 @noindent
14770 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14771 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14772 is placed on the same level as the baseline of 17.
14774 @tex
14775 \bigskip
14776 @end tex
14778 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14779 an integer that represents the binding strength of various operators.
14780 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14781 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14782 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14784 The operator table used by normal and Big language modes has the
14785 following precedences:
14787 @example
14788 _     1200    @r{(subscripts)}
14789 %     1100    @r{(as in n}%@r{)}
14790 !     1000    @r{(as in }!@r{n)}
14791 mod    400
14792 +/-    300
14793 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14794 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14795 ^      200
14796 -      197    @r{(as in }-@r{n)}
14797 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14798 / % \  190
14799 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14800 |      170
14801 < =    160    @r{(and other relations)}
14802 &&     110
14803 ||     100
14804 ? :     90
14805 !!!     85
14806 &&&     80
14807 |||     75
14808 :=      50
14809 ::      45
14810 =>      40
14811 @end example
14813 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14814 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14815 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14816 expressions and expressions which are function arguments, vector
14817 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14818 normally never get additional parentheses).
14820 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14821 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14822 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14823 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14824 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14825 with one-higher precedence.
14827 @ignore
14828 @starindex
14829 @end ignore
14830 @tindex cprec
14831 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14832 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14833 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14834 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14835 precedence than multiplication).
14837 @tex
14838 \bigskip
14839 @end tex
14841 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14842 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14843 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14844 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14845 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14846 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14847 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14848 view them.
14850 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14851 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14852 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14853 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14854 move down to the next line starting at the first break point that
14855 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14856 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14857 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14858 For example, a vector of sums might be formatted as:
14860 @example
14861 @group
14862 [ a + b + c, d + e + f,
14863   g + h + i, j + k + l, m ]
14864 @end group
14865 @end example
14867 @noindent
14868 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14869 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14870 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14871 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14872 itself been too large to fit.
14874 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14875 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14876 also generates breakable items:  A break point is added after every
14877 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14878 end of the string.
14880 Composition functions themselves count as levels in the formula
14881 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14882 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14883 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14884 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14885 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14886 will be on the same level as the break points of the surrounding
14887 object.
14889 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14890 @subsubsection Horizontal Compositions
14892 @noindent
14893 @ignore
14894 @starindex
14895 @end ignore
14896 @tindex choriz
14897 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14898 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14899 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14901 @example
14902 @group
14903   a b
14904 17---d
14905    c
14906 @end group
14907 @end example
14909 @noindent
14910 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14911 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14912 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14913 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14914 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14915 the precedence from the surrounding environment.
14917 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14918 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14919 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14920 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14921 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14922 (unless any of its component compositions are breakable).
14924 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14925 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14926 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14927 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14928 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14930 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14931 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14933 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14934 @subsubsection Vertical Compositions
14936 @noindent
14937 @ignore
14938 @starindex
14939 @end ignore
14940 @tindex cvert
14941 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14942 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14943 the result is by default the top line of the resulting composition.
14944 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14945 formats in Big mode as
14947 @example
14948 @group
14949 f( a ,  2    )
14950   bb   a  + 1
14951   ccc     2
14952          b
14953 @end group
14954 @end example
14956 @ignore
14957 @starindex
14958 @end ignore
14959 @tindex cbase
14960 There are several special composition functions that work only as
14961 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14962 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14963 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14964 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14965 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14967 @example
14968 @group
14969         2
14970        a  + 1
14971    a      2
14972 f(bb ,   b   )
14973   ccc
14974 @end group
14975 @end example
14977 @ignore
14978 @starindex
14979 @end ignore
14980 @tindex ctbase
14981 @ignore
14982 @starindex
14983 @end ignore
14984 @tindex cbbase
14985 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14986 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14987 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14988 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14989 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14991 @example
14992 @group
14993         a
14994 a       -
14995 - + a + b
14996 b   -
14997     b
14998 @end group
14999 @end example
15001 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
15002 function in a given vertical composition.  These functions can also
15003 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
15004 which means the baseline is the top line of the following item, and
15005 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
15006 item.
15008 @ignore
15009 @starindex
15010 @end ignore
15011 @tindex crule
15012 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
15013 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
15014 characters to build the rule.  You can specify any other character,
15015 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
15016 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
15017 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
15018 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
15020 @example
15021 @group
15022 a + 1
15023 =====
15024   2
15026 @end group
15027 @end example
15029 @ignore
15030 @starindex
15031 @end ignore
15032 @tindex clvert
15033 @ignore
15034 @starindex
15035 @end ignore
15036 @tindex crvert
15037 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
15038 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
15039 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
15040 gives:
15042 @example
15043 @group
15044 a   +   a
15045 bb     bb
15046 ccc   ccc
15047 @end group
15048 @end example
15050 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
15051 which gives the precedence to use when formatting the components.
15052 Vertical compositions do not support separator strings.
15054 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
15055 @subsubsection Other Compositions
15057 @noindent
15058 @ignore
15059 @starindex
15060 @end ignore
15061 @tindex csup
15062 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
15063 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
15064 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
15065 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
15066 bottom line is one above the baseline.
15068 @ignore
15069 @starindex
15070 @end ignore
15071 @tindex csub
15072 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
15073 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
15074 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
15075 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
15076 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
15078 @ignore
15079 @starindex
15080 @end ignore
15081 @tindex cflat
15082 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
15083 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
15084 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
15085 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
15086 to improve its readability.
15088 @ignore
15089 @starindex
15090 @end ignore
15091 @tindex cspace
15092 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15093 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15094 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15095 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15096 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15097 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15098 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15100 @example
15101 @group
15102  2 2 2 2
15103 a a a a
15104 @end group
15105 @end example
15107 @noindent
15108 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15110 @ignore
15111 @starindex
15112 @end ignore
15113 @tindex cvspace
15114 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15115 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15116 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15117 argument of zero will produce an object which contributes zero
15118 height if used in a vertical composition.
15120 @ignore
15121 @starindex
15122 @end ignore
15123 @tindex ctspace
15124 @ignore
15125 @starindex
15126 @end ignore
15127 @tindex cbspace
15128 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15129 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15130 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15131 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15132 displays as:
15134 @example
15135 @group
15136         a
15137         -
15138 a       b
15139 -   a   a
15140 b + - + -
15141 a   b   b
15142 -   a
15143 b   -
15144     b
15145 @end group
15146 @end example
15148 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15149 @subsubsection Information about Compositions
15151 @noindent
15152 The functions in this section are actual functions; they compose their
15153 arguments according to the current language and other display modes,
15154 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15156 @ignore
15157 @starindex
15158 @end ignore
15159 @tindex cwidth
15160 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15161 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15162 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15163 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15164 the composition functions described in this section.
15166 @ignore
15167 @starindex
15168 @end ignore
15169 @tindex cheight
15170 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15171 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15173 @ignore
15174 @starindex
15175 @end ignore
15176 @tindex cascent
15177 @ignore
15178 @starindex
15179 @end ignore
15180 @tindex cdescent
15181 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15182 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15183 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15184 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15185 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15186 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15187 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15188 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15190 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
15191 @subsubsection User-Defined Compositions
15193 @noindent
15194 @kindex Z C
15195 @pindex calc-user-define-composition
15196 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15197 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15198 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15199 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15200 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15201 replaces the function call with that formula with the arguments
15202 replaced.
15204 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15205 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15206 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15207 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15208 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15209 affect the display at all.
15211 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15212 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15213 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15214 You can define different formats for each language mode, and for each
15215 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15216 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15217 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15218 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15219 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15220 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15222 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15223 formula, any defined formats for the function in the current language
15224 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15226 For example, the default format for the binomial coefficient function
15227 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15229 @example
15230 @group
15232 ( )
15234 @end group
15235 @end example
15237 @noindent
15238 You might prefer the notation,
15240 @example
15241 @group
15243 n m
15244 @end group
15245 @end example
15247 @noindent
15248 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15249 then put the formula
15251 @smallexample
15252 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15253 @end smallexample
15255 @noindent
15256 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15257 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15258 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15259 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15260 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15261 as an algebraic entry.
15263 @example
15264 @group
15265  C  +  C
15266 a b   7 3
15267 @end group
15268 @end example
15270 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15271 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15272 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15273 instead of parentheses.
15275 @smallexample
15276 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15277 @end smallexample
15279 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15280 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15282 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15283 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15284 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15285 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15286 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15287 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15288 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15289 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15290 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15291 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15292 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15293 it can easily be confused with a real sum.)
15295 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15296 composition formula to cause all or part of the formula to be
15297 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15298 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15299 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15300 regardless of the current simplification mode.  There are also
15301 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15302 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15303 operate only in the context of composition formulas (and also in
15304 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15305 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15306 symbolic form.
15308 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15309 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15310 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15311 there are several situations where it could be slow.  For example,
15312 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15313 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15314 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15315 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15316 produce a large, unwieldy integer.
15318 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15319 command (@pxref{Creating User Keys}).
15321 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15322 @subsection Syntax Tables
15324 @noindent
15325 @cindex Syntax tables
15326 @cindex Parsing formulas, customized
15327 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15328 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15329 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15331 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15332 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15334 @kindex Z S
15335 @pindex calc-edit-user-syntax
15336 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15337 syntax table for the current language mode.  If you want your
15338 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15339 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15340 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15341 the syntax tables along with the other mode settings;
15342 @pxref{General Mode Commands}.
15344 @menu
15345 * Syntax Table Basics::
15346 * Precedence in Syntax Tables::
15347 * Advanced Syntax Patterns::
15348 * Conditional Syntax Rules::
15349 @end menu
15351 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15352 @subsubsection Syntax Table Basics
15354 @noindent
15355 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15356 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15357 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15358 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15359 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15360 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15361 the parser matches this string of tokens against various built-in
15362 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15363 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15364 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15366 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15367 which allow you to specify new patterns to define your own
15368 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15369 table for the current language mode, then the table for the Normal
15370 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15371 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15372 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15373 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15374 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15375 completely different.)
15377 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15378 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15379 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15381 @example
15382 foo ( ) := 2+3
15383 @end example
15385 @noindent
15386 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15387 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15388 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15389 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15390 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15391 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15392 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15393 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15394 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15395 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15396 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15397 calls would no longer recognize it!
15399 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15400 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15401 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15403 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15404 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15405 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15406 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15407 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15408 and postfix operator, respectively:
15410 @example
15411 foo ( # ) := myfunc(#1)
15412 foo # := myprefix(#1)
15413 # foo # := myinfix(#1,#2)
15414 # foo := mypostfix(#1)
15415 @end example
15417 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15418 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15420 It is important to write the first two rules in the order shown,
15421 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15422 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15423 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15424 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15425 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15426 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15427 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15428 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15429 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15430 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15431 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15433 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15434 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15435 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15436 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15437 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15438 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15439 expressions with nothing between them will be parsed as one
15440 expression that uses implicit multiplication.
15442 As a more practical example, Maple uses the notation
15443 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15444 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15445 rule,
15447 @example
15448 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15449 @end example
15451 @noindent
15452 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15453 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15454 define these operators quite easily:
15456 @example
15457 # *= # := muleq(#1,#2)
15458 # ++ := postinc(#1)
15459 ++ # := preinc(#1)
15460 @end example
15462 @noindent
15463 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15464 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15465 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15466 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15468 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15469 interpretation in syntax patterns:
15471 @example
15472 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15473 @end example
15475 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15476 again it is generally better to use two tokens than one token with
15477 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15478 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15479 backslashes in tokens.)
15481 @example
15482 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15483 @end example
15485 @noindent
15486 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15488 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15489 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15490 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15491 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15492 the syntax table will prevent those characters from working in their
15493 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15494 respectively).
15496 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15497 the rest of the line to be ignored as a comment.
15499 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15500 @subsubsection Precedence
15502 @noindent
15503 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15504 By default, an operator defined by a rule like
15506 @example
15507 # foo # := foo(#1,#2)
15508 @end example
15510 @noindent
15511 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15512 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15513 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15514 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15515 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15516 @samp{*}, so if we change this rule to
15518 @example
15519 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15520 @end example
15522 @noindent
15523 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15524 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15525 precedence, our new operator will be left-associative:
15526 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15527 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15528 can create a right-associative operator.
15530 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15531 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15532 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15534 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15535 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15537 @noindent
15538 To match a function with a variable number of arguments, you could
15539 write
15541 @example
15542 foo ( # ) := myfunc(#1)
15543 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15544 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15545 @end example
15547 @noindent
15548 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15549 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15550 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15552 @example
15553 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15554 @end example
15556 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15557 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15558 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15559 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15560 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15561 separator token (with no space in between, as shown above).
15562 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15563 several expressions separated by commas.
15565 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15566 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15567 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15568 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15569 of arguments and builds a call to the function with those
15570 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15572 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15573 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15574 strung together into the resulting vector.  If the body
15575 does not contain anything but literal tokens, the result will
15576 always be an empty vector.
15578 @example
15579 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15580 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15581 @end example
15583 @noindent
15584 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15585 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15586 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15587 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15588 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15590 @example
15591 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15592 @end example
15594 @noindent
15595 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15596 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15598 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15599 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15600 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15602 @example
15603 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15604 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15605 @end example
15607 @noindent
15608 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15609 which will always be an empty vector, but in the second case no
15610 empty vector is produced.
15612 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15613 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15614 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15615 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15616 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15617 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15618 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15619 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15620 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15621 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15622 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15623 as optional.
15625 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15626 patterns will not work as you might expect:
15628 @example
15629 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15630 @end example
15632 @noindent
15633 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15634 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15635 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15636 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15637 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15638 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15639 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15641 @example
15642 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15643 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15644 @end example
15646 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15647 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15648 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15649 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15650 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15651 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15652 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15654 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15655 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15657 @noindent
15658 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15659 example, the rules
15661 @example
15662 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15663 foo ( # ) := gfoo(#1)
15664 @end example
15666 @noindent
15667 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15668 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15669 number of conditions may be attached; all must be true for the
15670 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15671 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15672 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15674 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15675 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15676 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15677 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15678 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15679 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15680 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15681 results of all conditions are true, the expression (such as
15682 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15683 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15684 goes on to try the next rule in the syntax table.
15686 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15687 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15688 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15689 condition is always true, but as a side effect it defines a
15690 variable which can be used in later conditions, and also in the
15691 expression after the @samp{:=} sign:
15693 @example
15694 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15695 @end example
15697 @noindent
15698 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15699 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15700 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15701 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15703 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15704 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15705 rules.
15707 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15708 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15709 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15710 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15711 conditions and in the result expression.  The arguments to
15712 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15714 @example
15715 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15716 @end example
15718 @noindent
15719 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15720 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15721 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15722 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15723 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15724 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15725 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15726 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15728 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15729 @section The @code{Modes} Variable
15731 @noindent
15732 @kindex m g
15733 @pindex calc-get-modes
15734 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15735 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15736 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15737 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15738 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15739 on the current mode settings.
15741 @cindex @code{Modes} variable
15742 @vindex Modes
15743 The modes vector is also available in the special variable
15744 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15745 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15746 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15747 command will continue to work, however.)
15749 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15750 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15751 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15752 a numeric prefix to the next command.)
15754 The elements of the modes vector are as follows:
15756 @enumerate
15757 @item
15758 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15760 @item
15761 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15763 @item
15764 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15765 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15767 @item
15768 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15770 @item
15771 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15772 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15773 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15774 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15775 command, but note that this may lose information:  For example,
15776 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15777 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15778 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15779 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15780 will still be frozen at 12 significant figures.
15782 @item
15783 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15784 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15786 @item
15787 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15789 @item
15790 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15792 @item
15793 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15794 Command is @kbd{m p}.
15796 @item
15797 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15798 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15799 or @var{N} for  
15800 @texline @math{N\times N}
15801 @infoline @var{N}x@var{N} 
15802 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15804 @item
15805 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15806 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15807 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15809 @item
15810 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15811 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15812 @end enumerate
15814 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15815 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15816 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15817 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15818 keyboard macro.)
15820 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15821 oldest (bottommost) stack entry.
15823 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15824 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15825 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15826 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15827 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15828 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15830 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15831 @section The Calc Mode Line
15833 @noindent
15834 @cindex Mode line indicators
15835 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15836 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15837 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15839 The basic mode line format is:
15841 @example
15842 --%*-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15843 @end example
15845 The @samp{%*} indicates that the buffer is ``read-only''; it shows that
15846 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15847 as if it were text.
15849 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15850 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15851 that are in effect.
15853 The first mode is always the current precision, an integer.
15854 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15855 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15857 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15858 on the mode line:
15860 @table @code
15861 @item Alg
15862 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15864 @item Alg[(
15865 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15867 @item Alg*
15868 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15870 @item Symb
15871 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15873 @item Matrix
15874 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15876 @item Matrix@var{n}
15877 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15879 @item SqMatrix
15880 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15882 @item Scalar
15883 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15885 @item Polar
15886 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15888 @item Frac
15889 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15891 @item Inf
15892 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15894 @item +Inf
15895 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15897 @item NoSimp
15898 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15900 @item NumSimp
15901 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15903 @item BinSimp@var{w}
15904 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15906 @item AlgSimp
15907 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15909 @item ExtSimp
15910 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15912 @item UnitSimp
15913 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15915 @item Bin
15916 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15918 @item Oct
15919 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15921 @item Hex
15922 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15924 @item Radix@var{n}
15925 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15927 @item Zero
15928 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15930 @item Big
15931 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15933 @item Flat
15934 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15936 @item Unform
15937 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15939 @item C
15940 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15942 @item Pascal
15943 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15945 @item Fortran
15946 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15948 @item TeX
15949 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15951 @item LaTeX
15952 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15954 @item Eqn
15955 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15957 @item Math
15958 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15960 @item Maple
15961 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15963 @item Norm@var{n}
15964 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15966 @item Fix@var{n}
15967 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15969 @item Sci
15970 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15972 @item Sci@var{n}
15973 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15975 @item Eng
15976 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15978 @item Eng@var{n}
15979 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15981 @item Left@var{n}
15982 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15984 @item Right
15985 Right-justified display (@kbd{d >}).
15987 @item Right@var{n}
15988 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15990 @item Center
15991 Centered display (@kbd{d =}).
15993 @item Center@var{n}
15994 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15996 @item Wid@var{n}
15997 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15999 @item Wide
16000 No line breaking (@kbd{d b}).
16002 @item Break
16003 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
16005 @item Save
16006 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
16008 @item Local
16009 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16011 @item LocEdit
16012 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16014 @item LocPerm
16015 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16017 @item Global
16018 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16020 @item Manual
16021 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
16022 Recomputation}).
16024 @item Graph
16025 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
16027 @item Sel
16028 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
16030 @item Dirty
16031 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
16033 @item Inv
16034 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
16036 @item Hyp
16037 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
16039 @item Keep
16040 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
16042 @item Narrow
16043 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
16044 @end table
16046 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
16047 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
16049 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
16050 @chapter Arithmetic Functions
16052 @noindent
16053 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
16054 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
16055 commands work by removing the top one or two values from the stack,
16056 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
16057 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
16058 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
16059 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
16061 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
16062 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
16063 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
16065 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
16066 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
16067 interpret a prefix argument.
16069 @menu
16070 * Basic Arithmetic::
16071 * Integer Truncation::
16072 * Complex Number Functions::
16073 * Conversions::
16074 * Date Arithmetic::
16075 * Financial Functions::
16076 * Binary Functions::
16077 @end menu
16079 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
16080 @section Basic Arithmetic
16082 @noindent
16083 @kindex +
16084 @pindex calc-plus
16085 @ignore
16086 @mindex @null
16087 @end ignore
16088 @tindex +
16089 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16090 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16091 onto the stack.
16093 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16094 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16095 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16096 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16097 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16098 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16099 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16100 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16101 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16102 to every element of a vector.
16104 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16105 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16106 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16107 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16108 conversions for polar addition are non-trivial.
16110 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16111 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16112 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16113 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16114 and then the two HMS forms are added.
16116 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16117 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16118 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16119 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16120 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16121 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16122 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16123 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16125 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16126 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16127 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16128 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16129 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16130 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16131 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16132 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16134 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16135 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16136 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16137 the two values.
16139 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16140 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16141 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16142 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16144 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16145 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16146 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16147 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16149 @kindex -
16150 @pindex calc-minus
16151 @ignore
16152 @mindex @null
16153 @end ignore
16154 @tindex -
16155 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16156 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16157 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16158 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16160 @kindex *
16161 @pindex calc-times
16162 @ignore
16163 @mindex @null
16164 @end ignore
16165 @tindex *
16166 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16167 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16168 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16169 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16170 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16171 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16172 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16173 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16174 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16176 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16177 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16178 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16179 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16180 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16181 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16182 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16183 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16185 @kindex /
16186 @pindex calc-divide
16187 @ignore
16188 @mindex @null
16189 @end ignore
16190 @tindex /
16191 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  
16193 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
16194 is good style to use parentheses to distinguish between possible
16195 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
16196 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
16197 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
16198 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
16199 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
16200 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.  
16201 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
16202 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
16203 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
16204 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
16205 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
16206 @smallexample
16207 @group
16208 a b
16209 ---.
16210 c d
16211 @end group
16212 @end smallexample
16214 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
16215 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
16216 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16217 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16218 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16219 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16220 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16221 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16222 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16223 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16224 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16225 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16226 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16227 transpose the result.
16229 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16230 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16231 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16232 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16233 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16234 interval.
16236 @kindex ^
16237 @pindex calc-power
16238 @ignore
16239 @mindex @null
16240 @end ignore
16241 @tindex ^
16242 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16243 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16244 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16245 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16246 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16247 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16249 @kindex I ^
16250 @tindex nroot
16251 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16252 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16253 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16255 @kindex \
16256 @pindex calc-idiv
16257 @tindex idiv
16258 @ignore
16259 @mindex @null
16260 @end ignore
16261 @tindex \
16262 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16263 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16264 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16265 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16266 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16267 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16269 @kindex %
16270 @pindex calc-mod
16271 @ignore
16272 @mindex @null
16273 @end ignore
16274 @tindex %
16275 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16276 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16277 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16278 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16279 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16280 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16281 must be positive real number.
16283 @kindex :
16284 @pindex calc-fdiv
16285 @tindex fdiv
16286 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16287 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16288 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16289 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16290 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16291 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16292 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16293 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16295 @kindex n
16296 @pindex calc-change-sign
16297 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16298 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16299 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16301 @kindex A
16302 @pindex calc-abs
16303 @tindex abs
16304 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16305 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16306 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16307 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16308 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16309 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16310 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16311 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16312 an interval is defined in the obvious way.
16314 @kindex f A
16315 @pindex calc-abssqr
16316 @tindex abssqr
16317 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16318 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16320 @kindex f s
16321 @pindex calc-sign
16322 @tindex sign
16323 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16324 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16325 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16326 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16327 zero depending on the sign of @samp{a}.
16329 @kindex &
16330 @pindex calc-inv
16331 @tindex inv
16332 @cindex Reciprocal
16333 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16334 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16335 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16337 @kindex Q
16338 @pindex calc-sqrt
16339 @tindex sqrt
16340 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16341 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16342 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16344 @kindex f h
16345 @pindex calc-hypot
16346 @tindex hypot
16347 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16348 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16349 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16350 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16351 magnitudes are used.
16353 @kindex f Q
16354 @pindex calc-isqrt
16355 @tindex isqrt
16356 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16357 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16358 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16359 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16360 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16361 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16362 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16364 @kindex f n
16365 @kindex f x
16366 @pindex calc-min
16367 @tindex min
16368 @pindex calc-max
16369 @tindex max
16370 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16371 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16372 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16373 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16374 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16375 all the arguments.)
16377 @kindex f M
16378 @kindex f X
16379 @pindex calc-mant-part
16380 @tindex mant
16381 @pindex calc-xpon-part
16382 @tindex xpon
16383 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16384 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16385 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16386 @expr{e}.  The original number is equal to 
16387 @texline @math{m \times 10^e},
16388 @infoline @expr{m * 10^e},
16389 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16390 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16391 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16392 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16393 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16394 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16395 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16397 @kindex f S
16398 @pindex calc-scale-float
16399 @tindex scf
16400 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16401 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16402 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16403 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16404 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16406 @kindex f [
16407 @kindex f ]
16408 @pindex calc-decrement
16409 @pindex calc-increment
16410 @tindex decr
16411 @tindex incr
16412 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16413 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16414 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16415 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16416 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16417 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16418 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16419 @samp{0.0} produces 
16420 @texline @math{10^{-p}},
16421 @infoline @expr{10^-p}, 
16422 where @expr{p} is the current
16423 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16424 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16426 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16427 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16428 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16429 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16430 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16431 way floating-point numbers work.
16433 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16434 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16436 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16437 @section Integer Truncation
16439 @noindent
16440 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16441 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16442 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16443 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16444 to integer form.
16446 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16447 expressed as an integer-valued floating-point number.
16449 @cindex Integer part of a number
16450 @kindex F
16451 @pindex calc-floor
16452 @tindex floor
16453 @tindex ffloor
16454 @ignore
16455 @mindex @null
16456 @end ignore
16457 @kindex H F
16458 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16459 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16460 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16461 @mathit{-4}.
16463 @kindex I F
16464 @pindex calc-ceiling
16465 @tindex ceil
16466 @tindex fceil
16467 @ignore
16468 @mindex @null
16469 @end ignore
16470 @kindex H I F
16471 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16472 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16473 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16475 @kindex R
16476 @pindex calc-round
16477 @tindex round
16478 @tindex fround
16479 @ignore
16480 @mindex @null
16481 @end ignore
16482 @kindex H R
16483 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16484 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16485 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16486 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16487 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16489 @kindex I R
16490 @pindex calc-trunc
16491 @tindex trunc
16492 @tindex ftrunc
16493 @ignore
16494 @mindex @null
16495 @end ignore
16496 @kindex H I R
16497 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16498 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16499 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16500 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16502 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16503 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16504 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16505 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16506 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16507 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16509 @ignore
16510 @starindex
16511 @end ignore
16512 @tindex rounde
16513 @ignore
16514 @starindex
16515 @end ignore
16516 @tindex roundu
16517 @ignore
16518 @starindex
16519 @end ignore
16520 @tindex frounde
16521 @ignore
16522 @starindex
16523 @end ignore
16524 @tindex froundu
16525 There are two more rounding functions which can only be entered in
16526 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16527 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16528 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16529 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16530 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16531 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16532 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16533 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16534 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16535 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16536 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16537 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16538 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16539 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16541 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16542 a second argument which specifies the number of digits after the
16543 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16544 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16545 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16546 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16547 no second argument at all.
16549 @cindex Fractional part of a number
16550 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16551 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16552 modulo 1 using the @code{%} command.
16554 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16555 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16556 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16557 arguments and return the result rounded down to an integer.
16559 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16560 @section Complex Number Functions
16562 @noindent
16563 @kindex J
16564 @pindex calc-conj
16565 @tindex conj
16566 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16567 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16568 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16569 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16570 this command replaces each element by its complex conjugate.
16572 @kindex G
16573 @pindex calc-argument
16574 @tindex arg
16575 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16576 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16577 notation, this is simply the second component of the pair
16578 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16579 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16580 The result is expressed according to the current angular mode and will
16581 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16582 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16584 @pindex calc-imaginary
16585 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16586 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16587 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16588 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16590 @kindex f r
16591 @pindex calc-re
16592 @tindex re
16593 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16594 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16595 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16596 the value part.)
16598 @kindex f i
16599 @pindex calc-im
16600 @tindex im
16601 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16602 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16603 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16605 @ignore
16606 @mindex v p
16607 @end ignore
16608 @kindex v p (complex)
16609 @kindex V p (complex)
16610 @pindex calc-pack
16611 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16612 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16613 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16614 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16615 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16617 @ignore
16618 @mindex v u
16619 @end ignore
16620 @kindex v u (complex)
16621 @kindex V u (complex)
16622 @pindex calc-unpack
16623 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16624 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16625 into its separate components.
16627 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16628 @section Conversions
16630 @noindent
16631 The commands described in this section convert numbers from one form
16632 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16634 @kindex c f
16635 @pindex calc-float
16636 @tindex pfloat
16637 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16638 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16639 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16640 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16641 object such as a complex number or vector, each of the components is
16642 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16643 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16644 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16645 format may lose information.
16647 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16648 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16649 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16650 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16651 it does not notice that the thing being floated is a power.
16652 @xref{Selecting Subformulas}.
16654 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16655 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16656 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16657 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16659 @kindex H c f
16660 @tindex float
16661 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16662 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16663 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16664 is left unevaluated because its argument is not a number.
16666 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16667 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16668 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16669 that appear right now.
16671 @kindex c F
16672 @pindex calc-fraction
16673 @tindex pfrac
16674 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16675 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16676 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16677 input number, to within the current precision.  You can also give a
16678 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16679 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16680 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16681 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16682 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16683 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16684 fraction is correct to within that absolute amount.
16686 @kindex H c F
16687 @tindex frac
16688 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16689 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16690 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16692 @kindex c d
16693 @pindex calc-to-degrees
16694 @tindex deg
16695 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16696 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16697 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16698 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16700 @kindex c r
16701 @pindex calc-to-radians
16702 @tindex rad
16703 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16704 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16706 @kindex c h
16707 @pindex calc-to-hms
16708 @tindex hms
16709 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16710 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16711 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16712 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16713 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16715 @pindex calc-from-hms
16716 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16717 stack into a real number according to the current angular mode.
16719 @kindex c p
16720 @kindex I c p
16721 @pindex calc-polar
16722 @tindex polar
16723 @tindex rect
16724 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16725 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16726 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16727 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16728 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16729 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16730 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16731 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16733 @kindex c c
16734 @pindex calc-clean
16735 @tindex pclean
16736 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16737 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16738 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16739 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16740 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16741 angular mode is different from the one under which the number was
16742 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16743 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16744 number (i.e., pervasively).
16746 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16747 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16748 applies the default simplifications even if their automatic application
16749 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16751 @cindex Roundoff errors, correcting
16752 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16753 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16754 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16755 prefix decreases the precision by the specified amount.
16757 @kindex c 0-9
16758 @pindex calc-clean-num
16759 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16760 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16761 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16762 decimal place often conveniently does the trick.
16764 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16765 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16766 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16767 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16768 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16769 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16770 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16772 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16773 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16774 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16775 does not clip small numbers.)
16777 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16778 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16779 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16780 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16781 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16782 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16784 @kindex H c 0-9
16785 @kindex H c c
16786 @tindex clean
16787 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16788 operate non-pervasively [@code{clean}].
16790 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16791 @section Date Arithmetic
16793 @noindent
16794 @cindex Date arithmetic, additional functions
16795 The commands described in this section perform various conversions
16796 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16797 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16798 letters.
16800 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16801 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16802 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16803 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16804 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16805 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16807 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16808 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16809 additional argument from the top of the stack.
16811 @menu
16812 * Date Conversions::
16813 * Date Functions::
16814 * Time Zones::
16815 * Business Days::
16816 @end menu
16818 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16819 @subsection Date Conversions
16821 @noindent
16822 @kindex t D
16823 @pindex calc-date
16824 @tindex date
16825 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16826 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16827 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16828 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16829 argument is a number, it converts this number into a date form.
16831 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16832 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16833 of the following ways:
16835 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16836 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16837 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16838 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16839 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16840 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16841 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16842 month will be used.
16844 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16845 pure date form using the current year, as determined by the
16846 real-time clock.
16848 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16849 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16851 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16852 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16853 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16854 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16855 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16856 The last two arguments default to zero if omitted.
16858 @kindex t J
16859 @pindex calc-julian
16860 @tindex julian
16861 @cindex Julian day counts, conversions
16862 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16863 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16864 since noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an
16865 integer Julian count representing noon of that day.  A date/time form 
16866 is converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16867 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16868 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16869 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16870 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16871 are never time-zone adjusted.
16873 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16874 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16875 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16876 current or specified time zone.
16878 @kindex t U
16879 @pindex calc-unix-time
16880 @tindex unixtime
16881 @cindex Unix time format, conversions
16882 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16883 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16884 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16885 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16886 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16887 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16888 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16889 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16890 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16891 suppress the adjustment if so.
16893 @kindex t C
16894 @pindex calc-convert-time-zones
16895 @tindex tzconv
16896 @cindex Time Zones, converting between
16897 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16898 command converts a date form from one time zone to another.  You
16899 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16900 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16901 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16902 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16903 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16904 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16906 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16907 @subsection Date Functions
16909 @noindent
16910 @kindex t N
16911 @pindex calc-now
16912 @tindex now
16913 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16914 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16915 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16916 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16918 @kindex t P
16919 @pindex calc-date-part
16920 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16921 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16922 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16923 The various part codes are described in the following paragraphs.
16925 @tindex year
16926 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16927 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16928 following functions will also accept a real number for an
16929 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16930 Note that this function will never return zero, since the year
16931 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16933 @tindex month
16934 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16935 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16937 @tindex day
16938 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16939 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16941 @tindex hour
16942 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16943 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16944 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16945 date form.  This function (and the following two) also accept
16946 HMS forms as input.
16948 @tindex minute
16949 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16950 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16952 @tindex second
16953 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16954 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16955 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16956 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16958 @tindex weekday
16959 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16960 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16961 to 6 (Saturday).
16963 @tindex yearday
16964 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16965 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16966 to 366 (December 31 of a leap year).
16968 @tindex time
16969 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16970 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16971 for a pure date form.
16973 @kindex t M
16974 @pindex calc-new-month
16975 @tindex newmonth
16976 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16977 computes a new date form that represents the first day of the month
16978 specified by the input date.  The result is always a pure date
16979 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16980 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16981 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16982 is greater than the actual number of days in the month, or if
16983 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16985 @kindex t Y
16986 @pindex calc-new-year
16987 @tindex newyear
16988 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16989 computes a new pure date form that represents the first day of
16990 the year specified by the input.  The month, day, and time
16991 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16992 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16993 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16994 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16995 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16996 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16998 @kindex t W
16999 @pindex calc-new-week
17000 @tindex newweek
17001 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
17002 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
17003 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
17004 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
17005 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
17006 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
17008 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
17009 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
17010 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
17011 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
17012 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
17013 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
17014 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
17015 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
17016 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
17017 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
17018 of the @code{weekday} function?).
17020 @ignore
17021 @starindex
17022 @end ignore
17023 @tindex pwday
17024 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
17025 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
17026 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
17027 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
17028 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
17029 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
17030 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
17031 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
17032 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
17033 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
17034 for any day of the week instead of Sunday.
17036 @kindex t I
17037 @pindex calc-inc-month
17038 @tindex incmonth
17039 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
17040 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
17041 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
17042 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
17043 same, except that if the new month has fewer days the day
17044 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
17045 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
17046 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
17047 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
17048 in this case).
17050 @ignore
17051 @starindex
17052 @end ignore
17053 @tindex incyear
17054 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
17055 a date form by the specified number of years, which may be
17056 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
17057 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
17058 simple equivalents in terms of day arithmetic because
17059 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
17060 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
17061 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
17063 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
17064 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
17065 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
17067 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
17068 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
17070 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
17071 @subsection Business Days
17073 @noindent
17074 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
17075 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
17076 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
17077 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
17078 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
17079 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
17081 @kindex t +
17082 @kindex t -
17083 @tindex badd
17084 @tindex bsub
17085 @pindex calc-business-days-plus
17086 @pindex calc-business-days-minus
17087 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
17088 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
17089 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
17090 one argument must be a date form and the other must be a real
17091 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17092 then a certain amount of time is added as well as a number of
17093 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17094 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17095 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17096 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17097 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17098 case the result is the number of business days between the two
17099 dates.
17101 @cindex @code{Holidays} variable
17102 @vindex Holidays
17103 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17104 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17105 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17106 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17107 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17108 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17109 be any of the following kinds of objects:
17111 @itemize @bullet
17112 @item
17113 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17114 particular days which are to be treated as holidays.
17116 @item
17117 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17118 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17120 @item
17121 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17122 considered to be a holiday.
17124 @item
17125 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17126 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17127 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17128 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17129 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17130 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17131 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17132 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17133 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17135 @item
17136 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17137 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17139 @item
17140 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17141 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17142 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17143 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17144 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17145 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17146 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17147 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17148 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17149 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17151 @item
17152 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17153 are to be considered one business day.  For example, if this
17154 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17155 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17156 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17157 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17158 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17159 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17160 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17161 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17162 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17163 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17164 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17165 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17166 @end itemize
17168 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17169 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17170 then be no difference between business days and calendar days.
17172 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17173 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17174 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17175 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17176 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17177 the number of holidays between two dates.)
17179 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17180 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17181 list between the smallest and largest years that have been involved
17182 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17183 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17184 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17185 only a small range of years, Calc will still work out all the
17186 holidays that fall in that 200-year span.
17188 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17189 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17190 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17191 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17192 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17193 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17194 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17195 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17196 equals the number of actual business days between them.  These
17197 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17198 business days to any date, the difference between the result and the
17199 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17200 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17201 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17202 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17204 @ignore
17205 @starindex
17206 @end ignore
17207 @tindex holiday
17208 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17209 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17210 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17211 business day.
17213 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
17214 @subsection Time Zones
17216 @noindent
17217 @cindex Time zones
17218 @cindex Daylight saving time
17219 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17220 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17221 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17222 provided they can figure out this information.  This section describes
17223 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17224 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17225 can't determine the right correction to use.
17227 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17228 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17229 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17230 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17231 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17232 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17233 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17234 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17235 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17236 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17237 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17238 April 7, 1991.
17240 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17241 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17242 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17243 days between two dates without taking daylight saving into account.
17245 @pindex calc-time-zone
17246 @ignore
17247 @starindex
17248 @end ignore
17249 @tindex tzone
17250 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17251 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17252 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17253 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17254 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17255 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17256 the normal difference.
17258 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17259 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17260 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17261 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17262 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17263 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17264 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17265 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17266 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17268 North American and European time zone names are defined as follows;
17269 note that for each time zone there is one name for standard time,
17270 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17271 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17273 @smallexample
17274 @group
17275 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17276  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17278 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17279  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17281 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17282 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17283 @end group
17284 @end smallexample
17286 @vindex math-tzone-names
17287 To define time zone names that do not appear in the above table,
17288 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17289 is a list of lists describing the different time zone names; its
17290 structure is best explained by an example.  The three entries for
17291 Pacific Time look like this:
17293 @smallexample
17294 @group
17295 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17296   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17297   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17298 @end group
17299 @end smallexample
17301 @cindex @code{TimeZone} variable
17302 @vindex TimeZone
17303 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} will by
17304 default get the time zone and daylight saving information from the
17305 calendar (@pxref{Daylight Saving,Calendar/Diary,The Calendar and the Diary,
17306 emacs,The GNU Emacs Manual}).  To use a different time zone, or if the
17307 calendar does not give the desired result, you can set the Calc variable 
17308 @code{TimeZone} (which is by default @code{nil}) to an appropriate
17309 time zone name.  (The easiest way to do this is to edit the
17310 @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T} command, then use the
17311 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save the value of
17312 @code{TimeZone} permanently.)  
17313 If the time zone given by @code{TimeZone} is a generalized time zone,
17314 e.g., @code{EGT}, Calc examines the date being converted to tell whether
17315 to use standard or daylight saving time.  But if the current time zone
17316 is explicit, e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is
17317 used exactly and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17318 The special time zone name @code{local}
17319 is equivalent to no argument; i.e., it uses the information obtained
17320 from the calendar.
17322 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17323 arguments do the same thing as @samp{tzone()}; namely, use the
17324 information from the calendar if @code{TimeZone} is @code{nil}, 
17325 otherwise use the time zone given by @code{TimeZone}.
17327 @vindex math-daylight-savings-hook
17328 @findex math-std-daylight-savings
17329 When Calc computes the daylight saving information itself (i.e., when 
17330 the @code{TimeZone} variable is set), it will by default consider
17331 daylight saving time to begin at 2 a.m.@: on the second Sunday of March
17332 (for years from 2007 on) or on the last Sunday in April (for years
17333 before 2007), and to end at 2 a.m.@: on the first Sunday of
17334 November. (for years from 2007 on) or the last Sunday in October (for
17335 years before 2007).  These are the rules that have been in effect in
17336 much of North America since 1966 and take into account the rule change
17337 that began in 2007.  If you are in a country that uses different rules
17338 for computing daylight saving time, you have two choices: Write your own
17339 daylight saving hook, or control time zones explicitly by setting the
17340 @code{TimeZone} variable and/or always giving a time-zone argument for
17341 the conversion functions.
17343 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17344 name of a function that is used to compute the daylight saving
17345 adjustment for a given date.  The default is
17346 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17347 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17349 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17350 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17351 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17352 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17353 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17354 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17355 converting into a generalized time zone (see below).
17357 @findex math-prev-weekday-in-month
17358 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17359 daylight saving computations.  This is an internal version of
17360 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17361 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17362 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17363 and the weekday number (0-6).
17365 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17366 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17367 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17368 depending on the year number, but the default hook always uses the
17369 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17370 daylight saving hook:
17372 @smallexample
17373 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17374   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17375         ((= (nth 1 dt) 4)
17376          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17377            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17378                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17379                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17380                  (t -1))))
17381         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17382         ((= (nth 1 dt) 10)
17383          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17384            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17385                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17386                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17387                  (t 0))))
17388         (t 0))
17390 @end smallexample
17392 @noindent
17393 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17394 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17395 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17396 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17397 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17399 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17400 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17401 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17402 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17403 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17404 form that falls in this hour results in a time value for the first
17405 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour 
17406 later).
17408 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17409 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17411 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17412 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17413 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17414 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17415 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17416 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17417 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17418 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17419 that the daylight-saving computation is always done in
17420 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17421 is typically represented in.
17423 @ignore
17424 @starindex
17425 @end ignore
17426 @tindex dsadj
17427 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17428 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17429 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17430 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17431 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17432 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17433 the computation is done for the current time zone.
17435 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17436 @section Financial Functions
17438 @noindent
17439 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17440 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17441 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17443 Note that the rate and the number of intervals given to these
17444 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17445 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17446 in months will give you very wrong answers!
17448 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17449 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17450 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17451 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17453 @menu
17454 * Percentages::
17455 * Future Value::
17456 * Present Value::
17457 * Related Financial Functions::
17458 * Depreciation Functions::
17459 * Definitions of Financial Functions::
17460 @end menu
17462 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17463 @subsection Percentages
17465 @kindex M-%
17466 @pindex calc-percent
17467 @tindex %
17468 @tindex percent
17469 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17470 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17471 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17472 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17474 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17475 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17476 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17477 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17478 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17479 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17480 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17481 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17483 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17484 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17485 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17486 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17487 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17488 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17490 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17491 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17492 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17493 represents a rate of 540 percent!
17495 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17496 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17497 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17499 @kindex c %
17500 @pindex calc-convert-percent
17501 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17502 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17503 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17504 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17505 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17506 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17507 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17509 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17510 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17511 @samp{25%}.
17513 @kindex b %
17514 @pindex calc-percent-change
17515 @tindex relch
17516 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17517 calculates the percentage change from one number to another.
17518 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17519 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17520 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17521 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17522 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17523 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17524 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17525 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17527 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17528 @subsection Future Value
17530 @noindent
17531 @kindex b F
17532 @pindex calc-fin-fv
17533 @tindex fv
17534 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17535 the future value of an investment.  It takes three arguments
17536 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17537 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17538 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17539 year, then this function tells you what your investment would be
17540 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17541 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17542 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17543 occur at the @emph{end} of each interval.
17545 @kindex I b F
17546 @tindex fvb
17547 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17548 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17549 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17550 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17551 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17552 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17553 Using the stack, this calculation would have been
17554 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17555 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17557 @kindex H b F
17558 @tindex fvl
17559 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17560 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17561 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17562 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17564 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17565 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17566 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17567 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17568 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17570 To illustrate the relationships between these functions, we could
17571 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17572 final balance will be the sum of the contributions of our five
17573 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17574 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17575 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17576 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17577 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17578 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17579 by @code{fvb} directly.
17581 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17582 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17583 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17584 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17585 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17586 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17587 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17589 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17590 @subsection Present Value
17592 @noindent
17593 @kindex b P
17594 @pindex calc-fin-pv
17595 @tindex pv
17596 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17597 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17598 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17599 It computes the present value of a series of regular payments.
17600 Suppose you have the chance to make an investment that will
17601 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17602 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17603 You want to know whether it is better to make the investment, or
17604 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17605 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17606 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17607 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17608 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17610 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17611 trying to compare the return from the investment you are
17612 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17613 the return from leaving the money in the bank, which is
17614 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17615 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17616 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17617 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17618 the largest amount you should be willing to invest.
17620 @kindex I b P
17621 @tindex pvb
17622 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17623 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17624 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17625 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17626 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17627 earning interest on the return from our investment sooner.
17629 @kindex H b P
17630 @tindex pvl
17631 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17632 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17633 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17634 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17635 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17636 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17637 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17639 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17640 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17641 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17643 @kindex b N
17644 @pindex calc-fin-npv
17645 @tindex npv
17646 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17647 the net present value of a series of irregular investments.
17648 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17649 a vector which represents the expected return from the investment
17650 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17651 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17652 from the first year, second year, and so on.
17654 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17655 Obviously this function is more interesting when the payments are
17656 not all the same!
17658 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17659 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17660 vector statistical functions like @code{vsum}.
17661 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17662 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17663 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17664 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17665 payment values or vectors to take from the stack.
17667 @kindex I b N
17668 @tindex npvb
17669 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17670 value where payments occur at the beginning of each interval
17671 rather than at the end.
17673 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17674 @subsection Related Financial Functions
17676 @noindent
17677 The functions in this section are basically inverses of the
17678 present value functions with respect to the various arguments.
17680 @kindex b M
17681 @pindex calc-fin-pmt
17682 @tindex pmt
17683 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17684 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17685 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17686 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17687 @var{payment}) = @var{amount}}.
17689 @kindex I b M
17690 @tindex pmtb
17691 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17692 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17693 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17694 represents an initial lump-sum investment.
17696 @kindex H b M
17697 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17698 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17700 @kindex b #
17701 @pindex calc-fin-nper
17702 @tindex nper
17703 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17704 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17705 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17706 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17707 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17708 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17709 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17711 @kindex I b #
17712 @tindex nperb
17713 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17714 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17715 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17716 rather slow in the four-argument case.
17718 @kindex H b #
17719 @tindex nperl
17720 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17721 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17722 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17723 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17724 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17726 @kindex b T
17727 @pindex calc-fin-rate
17728 @tindex rate
17729 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17730 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17731 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17732 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17733 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17735 @kindex I b T
17736 @kindex H b T
17737 @tindex rateb
17738 @tindex ratel
17739 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17740 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17741 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17742 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17743 To redo the above example from a different perspective,
17744 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17745 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17747 @kindex b I
17748 @pindex calc-fin-irr
17749 @tindex irr
17750 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17751 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17752 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17753 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17754 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17756 @kindex I b I
17757 @tindex irrb
17758 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17759 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17761 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17762 @subsection Depreciation Functions
17764 @noindent
17765 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17766 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17767 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17768 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17769 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17770 (or other periods) of the expected useful life.
17772 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17773 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17775 @kindex b S
17776 @pindex calc-fin-sln
17777 @tindex sln
17778 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17779 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17780 by the same amount every year (or period).  For example,
17781 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17782 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17783 per year.
17785 @kindex b Y
17786 @pindex calc-fin-syd
17787 @tindex syd
17788 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17789 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17790 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17791 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17792 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17793 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17794 return zero.
17796 @kindex b D
17797 @pindex calc-fin-ddb
17798 @tindex ddb
17799 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17800 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17801 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17803 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17804 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17805 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17807 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17808 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17809 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17810 the three depreciation methods:
17812 @example
17813 @group
17814 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17815   [ 2000, 2667, 2880 ]
17816   [ 2000, 2000, 1728 ]
17817   [ 2000, 1333,  592 ]
17818   [ 2000,  667,   0  ] ]
17819 @end group
17820 @end example
17822 @noindent
17823 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17824 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17825 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17826 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17828 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17829 the total depreciation in any method is (by definition) the
17830 difference between the cost and the salvage value.
17832 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17833 @subsection Definitions
17835 @noindent
17836 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17837 Calc's financial functions.
17839 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17840 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17841 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17842 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17843 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17844 integrals or solving equations involving the functions.
17846 @ifnottex
17847 These formulas are shown using the conventions of Big display
17848 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17849 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17851 @example
17852                                         n
17853                               (1 + rate)  - 1
17854 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17855                                    rate
17857                                          n
17858                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17859 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17860                                          rate
17862                                         n
17863 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17865                                             -n
17866                               1 - (1 + rate)
17867 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17868                                     rate
17870                                              -n
17871                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17872 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17873                                          rate
17875                                         -n
17876 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17878                                     -1               -2               -3
17879 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17881                                         -1               -2
17882 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17884                                              -n
17885                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17886 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17887                                              -n
17888                                1 - (1 + rate)
17890                                              -n
17891                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17892 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17893                                         -n
17894                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17896                                    amt * rate
17897 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17898                                       pmt
17900                                     amt * rate
17901 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17902                                   pmt * (1 + rate)
17904                               amt
17905 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17906                               pmt
17908                            1/n
17909                         pmt
17910 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17911                            1/n
17912                         amt
17914                         cost - salv
17915 sln(cost, salv, life) = -----------
17916                            life
17918                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17919 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17920                                   life * (life + 1) / 2
17922                              book * 2
17923 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17924                                life
17925 @end example
17926 @end ifnottex
17927 @tex
17928 \turnoffactive
17929 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17930 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17931 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17932 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17933 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17934 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17935 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17936 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17937 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17938 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17939                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17940 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17941 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17942 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17943 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17944 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17945 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17946 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17947 @end tex
17949 @noindent
17950 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17952 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17953 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17954 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17955 all sorts of inputs.
17957 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17958 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17959 returning a (financially meaningless) complex number.
17961 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17962 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17963 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17964 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17965 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17966 directly; its formula is shown in the above list.
17968 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17969 for @samp{rate}.
17971 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17972 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17973 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17975 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17976 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17977 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17979 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17980 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17981 formula for the specified number of periods.  If the book value
17982 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17983 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17984 function returns the amount the book value decreased in the specified
17985 period.
17987 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17988 @section Binary Number Functions
17990 @noindent
17991 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17992 the @kbd{b} prefix.
17994 @cindex Binary numbers
17995 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17996 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17997 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17998 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17999 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
18001 @cindex Word size for binary operations
18002 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
18003 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
18004 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
18005 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
18006 @expr{2^w} by all binary functions.
18008 If the word size is negative, binary operations produce twos-complement
18009 integers from 
18010 @texline @math{-2^{-w-1}}
18011 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
18012 to 
18013 @texline @math{2^{-w-1}-1}
18014 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
18015 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
18016 @expr{w} affects only the results produced.
18018 @kindex b c
18019 @pindex calc-clip
18020 @tindex clip
18021 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
18022 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
18023 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
18024 their results to the current word size.  Note that other operations like
18025 addition do not use the current word size, since integer addition
18026 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
18027 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
18028 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
18029 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
18031 @kindex b w
18032 @pindex calc-word-size
18033 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
18034 rotates allow you to specify a different word size for that one
18035 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
18036 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
18037 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
18038 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
18039 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
18041 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
18042 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
18043 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
18044 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
18045 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
18046 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
18047 integer-valued floats.
18049 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
18050 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
18051 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
18052 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
18054 @kindex b a
18055 @pindex calc-and
18056 @tindex and
18057 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
18058 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
18059 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
18060 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
18061 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
18063 @kindex b o
18064 @pindex calc-or
18065 @tindex or
18066 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
18067 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
18068 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
18070 @kindex b x
18071 @pindex calc-xor
18072 @tindex xor
18073 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
18074 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
18075 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
18077 @kindex b d
18078 @pindex calc-diff
18079 @tindex diff
18080 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
18081 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
18082 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
18084 @kindex b n
18085 @pindex calc-not
18086 @tindex not
18087 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
18088 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
18090 @kindex b l
18091 @pindex calc-lshift-binary
18092 @tindex lsh
18093 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18094 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18095 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18096 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18097 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18098 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18100 @kindex H b l
18101 @kindex H b r
18102 @ignore
18103 @mindex @idots
18104 @end ignore
18105 @kindex H b L
18106 @ignore
18107 @mindex @null
18108 @end ignore
18109 @kindex H b R
18110 @ignore
18111 @mindex @null
18112 @end ignore
18113 @kindex H b t
18114 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18115 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18116 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18117 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18118 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18120 @kindex b r
18121 @pindex calc-rshift-binary
18122 @tindex rsh
18123 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18124 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18125 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18127 @kindex b L
18128 @pindex calc-lshift-arith
18129 @tindex ash
18130 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18131 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18132 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18133 is performed as described below.
18135 @kindex b R
18136 @pindex calc-rshift-arith
18137 @tindex rash
18138 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18139 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18140 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18141 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18142 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18143 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18144 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18145 performs a standard left shift.
18147 @kindex b t
18148 @pindex calc-rotate-binary
18149 @tindex rot
18150 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18151 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18152 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18153 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18154 or right.
18156 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18157 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18158 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18159 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18160 bits in a binary integer.
18162 Another interesting use of the set representation of binary integers
18163 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18164 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18165 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18166 into a binary integer.
18168 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18169 @chapter Scientific Functions
18171 @noindent
18172 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18173 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18174 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18175 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18177 @kindex P
18178 @pindex calc-pi
18179 @cindex @code{pi} variable
18180 @vindex pi
18181 @kindex H P
18182 @cindex @code{e} variable
18183 @vindex e
18184 @kindex I P
18185 @cindex @code{gamma} variable
18186 @vindex gamma
18187 @cindex Gamma constant, Euler's
18188 @cindex Euler's gamma constant
18189 @kindex H I P
18190 @cindex @code{phi} variable
18191 @cindex Phi, golden ratio
18192 @cindex Golden ratio
18193 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18194 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18195 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18196 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18197 @texline @math{\gamma}
18198 @infoline @expr{gamma} 
18199 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18200 pushes the ``golden ratio'' 
18201 @texline @math{\phi}
18202 @infoline @expr{phi} 
18203 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18204 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18205 In Symbolic mode, these commands push the
18206 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18207 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18209 @ignore
18210 @mindex Q
18211 @end ignore
18212 @ignore
18213 @mindex I Q
18214 @end ignore
18215 @kindex I Q
18216 @tindex sqr
18217 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18218 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18219 computes the square of the argument.
18221 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18222 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18223 interpret a prefix argument.
18225 @menu
18226 * Logarithmic Functions::
18227 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18228 * Advanced Math Functions::
18229 * Branch Cuts::
18230 * Random Numbers::
18231 * Combinatorial Functions::
18232 * Probability Distribution Functions::
18233 @end menu
18235 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18236 @section Logarithmic Functions
18238 @noindent
18239 @kindex L
18240 @pindex calc-ln
18241 @tindex ln
18242 @ignore
18243 @mindex @null
18244 @end ignore
18245 @kindex I E
18246 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18247 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18248 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18249 this is redundant with the @kbd{E} command.
18251 @kindex E
18252 @pindex calc-exp
18253 @tindex exp
18254 @ignore
18255 @mindex @null
18256 @end ignore
18257 @kindex I L
18258 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18259 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18260 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18261 the @code{calc-ln} command.
18263 @kindex H L
18264 @kindex H E
18265 @pindex calc-log10
18266 @tindex log10
18267 @tindex exp10
18268 @ignore
18269 @mindex @null
18270 @end ignore
18271 @kindex H I L
18272 @ignore
18273 @mindex @null
18274 @end ignore
18275 @kindex H I E
18276 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18277 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18278 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18279 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18280 by 
18281 @texline @math{\ln10}.
18282 @infoline @expr{ln(10)}.
18284 @kindex B
18285 @kindex I B
18286 @pindex calc-log
18287 @tindex log
18288 @tindex alog
18289 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18290 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18291 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18292 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18293 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18294 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18295 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18296 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18298 @kindex f I
18299 @pindex calc-ilog
18300 @tindex ilog
18301 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18302 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18303 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18304 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18305 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18306 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18307 @samp{floor(log(x,b))}.
18309 @kindex f E
18310 @pindex calc-expm1
18311 @tindex expm1
18312 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18313 @texline @math{e^x - 1},
18314 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18315 but using an algorithm that produces a more accurate
18316 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18317 @texline @math{e^x}
18318 @infoline @expr{exp(x)} 
18319 is close to one.
18321 @kindex f L
18322 @pindex calc-lnp1
18323 @tindex lnp1
18324 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18325 @texline @math{\ln(x+1)},
18326 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18327 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18329 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18330 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18332 @noindent
18333 @kindex S
18334 @pindex calc-sin
18335 @tindex sin
18336 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18337 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18338 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18339 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18340 on complex numbers.
18342 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18343 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18344 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18345 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18346 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18348 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18349 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18350 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18351 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18352 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18353 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18354 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18355 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18356 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18357 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18359 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18360 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18361 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18362 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18364 @kindex I S
18365 @pindex calc-arcsin
18366 @tindex arcsin
18367 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18368 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18369 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18370 notation depending on the current angular mode.
18372 @kindex H S
18373 @pindex calc-sinh
18374 @tindex sinh
18375 @kindex H I S
18376 @pindex calc-arcsinh
18377 @tindex arcsinh
18378 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18379 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18380 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18381 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18383 @kindex C
18384 @pindex calc-cos
18385 @tindex cos
18386 @ignore
18387 @mindex @idots
18388 @end ignore
18389 @kindex I C
18390 @pindex calc-arccos
18391 @ignore
18392 @mindex @null
18393 @end ignore
18394 @tindex arccos
18395 @ignore
18396 @mindex @null
18397 @end ignore
18398 @kindex H C
18399 @pindex calc-cosh
18400 @ignore
18401 @mindex @null
18402 @end ignore
18403 @tindex cosh
18404 @ignore
18405 @mindex @null
18406 @end ignore
18407 @kindex H I C
18408 @pindex calc-arccosh
18409 @ignore
18410 @mindex @null
18411 @end ignore
18412 @tindex arccosh
18413 @ignore
18414 @mindex @null
18415 @end ignore
18416 @kindex T
18417 @pindex calc-tan
18418 @ignore
18419 @mindex @null
18420 @end ignore
18421 @tindex tan
18422 @ignore
18423 @mindex @null
18424 @end ignore
18425 @kindex I T
18426 @pindex calc-arctan
18427 @ignore
18428 @mindex @null
18429 @end ignore
18430 @tindex arctan
18431 @ignore
18432 @mindex @null
18433 @end ignore
18434 @kindex H T
18435 @pindex calc-tanh
18436 @ignore
18437 @mindex @null
18438 @end ignore
18439 @tindex tanh
18440 @ignore
18441 @mindex @null
18442 @end ignore
18443 @kindex H I T
18444 @pindex calc-arctanh
18445 @ignore
18446 @mindex @null
18447 @end ignore
18448 @tindex arctanh
18449 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18450 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18451 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18452 variants of these functions.
18454 @kindex f T
18455 @pindex calc-arctan2
18456 @tindex arctan2
18457 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18458 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18459 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18460 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18461 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18462 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18463 since the division loses information about the signs of the two
18464 components, and an error might result from an explicit division by zero
18465 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18466 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18468 @pindex calc-sincos
18469 @ignore
18470 @starindex
18471 @end ignore
18472 @tindex sincos
18473 @ignore
18474 @starindex
18475 @end ignore
18476 @ignore
18477 @mindex arc@idots
18478 @end ignore
18479 @tindex arcsincos
18480 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18481 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18482 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18483 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18484 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18485 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18487 @pindex calc-sec
18488 @tindex sec
18489 @pindex calc-csc
18490 @tindex csc
18491 @pindex calc-cot
18492 @tindex cot
18493 @pindex calc-sech
18494 @tindex sech
18495 @pindex calc-csch
18496 @tindex csch
18497 @pindex calc-coth
18498 @tindex coth
18499 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18500 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-cot} [@code{cot}], are also
18501 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18502 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18503 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-coth}
18504 [@code{coth}].  (These commands do not accept the Inverse flag.)
18506 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18507 @section Advanced Mathematical Functions
18509 @noindent
18510 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18511 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18512 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18513 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18514 handle error forms or intervals as arguments.
18516 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18517 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18518 current precision comfortably higher than you actually need when
18519 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18520 slow for some values of the arguments.
18522 @kindex f g
18523 @pindex calc-gamma
18524 @tindex gamma
18525 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18526 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18527 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18528 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18529 integral:  
18530 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18531 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18532 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18534 @kindex f G
18535 @tindex gammaP
18536 @ignore
18537 @mindex @idots
18538 @end ignore
18539 @kindex I f G
18540 @ignore
18541 @mindex @null
18542 @end ignore
18543 @kindex H f G
18544 @ignore
18545 @mindex @null
18546 @end ignore
18547 @kindex H I f G
18548 @pindex calc-inc-gamma
18549 @ignore
18550 @mindex @null
18551 @end ignore
18552 @tindex gammaQ
18553 @ignore
18554 @mindex @null
18555 @end ignore
18556 @tindex gammag
18557 @ignore
18558 @mindex @null
18559 @end ignore
18560 @tindex gammaG
18561 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18562 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18563 the integral, 
18564 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18565 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18566 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18567 definition of the normal gamma function).
18569 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18570 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18571 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18572 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18573 @expr{x} to infinity.
18575 @ifnottex
18576 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18577 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18578 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18579 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18580 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18581 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18582 @end ifnottex
18583 @tex
18584 \turnoffactive
18585 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18586 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18587 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18588 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18589 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18590 @end tex
18592 @kindex f b
18593 @pindex calc-beta
18594 @tindex beta
18595 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18596 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18597 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18598 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18599 or by
18600 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18601 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18603 @kindex f B
18604 @kindex H f B
18605 @pindex calc-inc-beta
18606 @tindex betaI
18607 @tindex betaB
18608 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18609 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18610 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18611 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18612 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18613 un-normalized version [@code{betaB}].
18615 @kindex f e
18616 @kindex I f e
18617 @pindex calc-erf
18618 @tindex erf
18619 @tindex erfc
18620 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18621 error function 
18622 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18623 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18624 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18625 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18626 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18627 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18629 @kindex f j
18630 @kindex f y
18631 @pindex calc-bessel-J
18632 @pindex calc-bessel-Y
18633 @tindex besJ
18634 @tindex besY
18635 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18636 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18637 functions of the first and second kinds, respectively.
18638 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18639 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18640 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18641 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18642 Use with care!
18644 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18645 @section Branch Cuts and Principal Values
18647 @noindent
18648 @cindex Branch cuts
18649 @cindex Principal values
18650 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18651 defined for complex numbers as well as for reals.
18652 This section describes the values
18653 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18654 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18655 second edition, in these matters.  This section will describe each
18656 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18657 diagrams), consult Steele's book.
18659 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18660 changed between the first and second editions of Steele.  Recent
18661 versions of Calc follow the second edition.
18663 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18664 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18665 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18666 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18667 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18668 or II and IV for @code{arctanh}.
18670 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18671 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18672 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18673 and wait a while to get suitable answers from them.
18675 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18676 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18677 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18678 in the right half of the complex plane.
18680 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18681 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18682 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18683 negative real axis.
18685 The following table describes these branch cuts in another way.
18686 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18687 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18688 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18689 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18691 @smallexample
18692      z           sqrt(z)       ln(z)
18693 ----------------------------------------
18694    +,   0         +,  0       any, 0
18695    -,   0         0,  +       any, pi
18696    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18697    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18698 @end smallexample
18700 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18701 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18702 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18703 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18704 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18705 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18707 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18708 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18710 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18711 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18712 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18714 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18715 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18716 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18718 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18719 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18720 above @expr{i}.
18722 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18723 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18724 real axis less than 1.
18726 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18727 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18729 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18730 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18731 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18733 @smallexample
18734        z             arcsin(z)            arccos(z)
18735 -------------------------------------------------------
18736  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18737  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18738  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18739    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18740    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18741    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18742     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18743     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18744     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18745 @end smallexample
18747 @smallexample
18748        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18749 -----------------------------------------------------
18750  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18751  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18752  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18753    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18754    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18755    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18756     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18757     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18758     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18759 @end smallexample
18761 @smallexample
18762        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18763 -----------------------------------------------------
18764    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18765    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18766  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18767  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18768    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18769  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18770  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18771 @end smallexample
18773 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18774 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18775 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18777 @smallexample
18778 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18779 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18780 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18781 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18782 @end smallexample
18784 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18785 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18786 are not rigorously specified at present.
18788 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18789 @section Random Numbers
18791 @noindent
18792 @kindex k r
18793 @pindex calc-random
18794 @tindex random
18795 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18796 random numbers of various sorts.
18798 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18799 integer @expr{N} in the range 
18800 @texline @math{0 \le N < M}.
18801 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18802 Each possible value @expr{N} appears with equal probability.
18804 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18805 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18806 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18807 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18808 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18809 the result is a random integer in the range 
18810 @texline @math{M < N \le 0}.
18811 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18813 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18814 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18815 @texline @math{0 \le N < M}
18816 @infoline @expr{0 <= N < M}
18817 or 
18818 @texline @math{M < N \le 0},
18819 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18820 according to the sign of @expr{M}.
18822 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18823 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18824 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18825 every other call to this function will be especially fast.
18827 If @expr{M} is an error form 
18828 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18829 @infoline @samp{m +/- s} 
18830 where @var{m} and 
18831 @texline @math{\sigma}
18832 @infoline @var{s} 
18833 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18834 @var{m} and standard deviation 
18835 @texline @math{\sigma}.
18836 @infoline @var{s}.
18838 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18839 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18840 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18841 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18842 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18843 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18844 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18845 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18846 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18847 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18848 extremely small.)
18850 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18851 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18853 @vindex RandSeed
18854 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18855 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18856 the current time and other information.  You can get a reproducible
18857 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18858 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18859 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18860 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18861 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18862 from the current time.  If you store the same integer that you used
18863 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18864 of random numbers as before.
18866 @pindex calc-rrandom
18867 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18868 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18870 @kindex k a
18871 @pindex calc-random-again
18872 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18873 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18874 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18875 that value of @expr{M}.
18877 @kindex k h
18878 @pindex calc-shuffle
18879 @tindex shuffle
18880 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18881 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18882 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18883 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18884 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18885 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18886 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18888 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18889 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18890 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18891 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18892 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18893 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18894 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18895 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18896 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18897 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18898 each make it into the result vector.)
18900 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18901 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18902 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18903 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18904 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18905 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18906 a small discrete set of possibilities.
18908 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18909 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18910 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18911 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18912 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18914 @menu
18915 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18916 @end menu
18918 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18919 @subsection Random Number Generator
18921 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18922 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18923 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18924 of the theory of random number generators and their measurement and
18925 characterization.
18927 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18928 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18929 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18930 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18932 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18933 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18934 random number sequence will be different every time you use Calc.
18936 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18937 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18938 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18939 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18940 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18941 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18942 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18943 generators that are typically used to implement @code{random}.
18945 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18946 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18947 computing 
18948 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18949 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18950 This method expands the seed
18951 value into a large table which is maintained internally; the variable
18952 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18953 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18954 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18955 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18956 way to extract the complete state of the random number generator
18957 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18958 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18959 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18960 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18961 to reseed the generator with that number.
18963 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18964 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18965 to generate a new random number, it uses the previous number to
18966 index into the table, picks the value it finds there as the new
18967 random number, then replaces that table entry with a new value
18968 obtained from a call to the base random number generator (either
18969 the additive congruential generator or the @code{random} function
18970 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18971 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18972 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18973 damage its randomness.
18975 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18976 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18977 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18978 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18979 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18980 value.
18982 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18983 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18984 @texline @math{10^{-p}}.
18985 @infoline @expr{10^-p}.  
18986 The resulting random numbers should be very clean, but note
18987 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18988 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18989 numbers on the order of 
18990 @texline @math{10^{-9}}
18991 @infoline @expr{10^-9} 
18992 or 
18993 @texline @math{10^{-10}},
18994 @infoline @expr{10^-10}, 
18995 but those numbers will only have two or three random digits since they
18996 correspond to small integers times 
18997 @texline @math{10^{-12}}.
18998 @infoline @expr{10^-12}.
19000 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
19001 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
19002 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
19003 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
19004 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
19005 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
19006 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
19007 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
19008 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
19009 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
19011 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
19012 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
19013 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
19014 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
19016 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
19017 @section Combinatorial Functions
19019 @noindent
19020 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
19021 @kbd{k} key prefix.
19023 @kindex k g
19024 @pindex calc-gcd
19025 @tindex gcd
19026 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
19027 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
19028 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
19029 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
19030 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
19031 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
19032 the operation is left in symbolic form.
19034 @kindex k l
19035 @pindex calc-lcm
19036 @tindex lcm
19037 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
19038 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
19039 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
19040 numbers.
19042 @kindex k E
19043 @pindex calc-extended-gcd
19044 @tindex egcd
19045 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
19046 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
19047 @expr{[g, a, b]} where 
19048 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
19049 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
19051 @kindex !
19052 @pindex calc-factorial
19053 @tindex fact
19054 @ignore
19055 @mindex @null
19056 @end ignore
19057 @tindex !
19058 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
19059 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
19060 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
19061 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
19062 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
19063 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
19064 large factorials can be slow; using floating-point format will help
19065 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
19066 the commands in this section.
19068 @kindex k d
19069 @pindex calc-double-factorial
19070 @tindex dfact
19071 @ignore
19072 @mindex @null
19073 @end ignore
19074 @tindex !!
19075 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
19076 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
19077 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
19078 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
19079 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
19080 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
19081 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
19083 @kindex k c
19084 @pindex calc-choose
19085 @tindex choose
19086 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
19087 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
19088 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
19089 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
19090 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
19091 real numbers by
19092 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19093 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19095 @kindex H k c
19096 @pindex calc-perm
19097 @tindex perm
19098 @ifnottex
19099 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19100 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19101 @end ifnottex
19102 @tex
19103 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19104 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19105 @end tex
19107 @kindex k b
19108 @kindex H k b
19109 @pindex calc-bernoulli-number
19110 @tindex bern
19111 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19112 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19113 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19114 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19115 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19116 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19117 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19119 @kindex k e
19120 @kindex H k e
19121 @pindex calc-euler-number
19122 @tindex euler
19123 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19124 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19125 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19126 functions.
19128 @kindex k s
19129 @kindex H k s
19130 @pindex calc-stirling-number
19131 @tindex stir1
19132 @tindex stir2
19133 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19134 computes a Stirling number of the first 
19135 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19136 @infoline kind,
19137 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19138 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
19139 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19140 @infoline kind.
19141 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19142 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19143 non-empty sets, respectively.
19145 @kindex k p
19146 @pindex calc-prime-test
19147 @cindex Primes
19148 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19149 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19150 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19151 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19152 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19153 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19154 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19155 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19156 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19157 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19158 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19159 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19160 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19162 @ignore
19163 @starindex
19164 @end ignore
19165 @tindex prime
19166 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19167 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19168 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19169 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19170 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19171 is (probably) prime and 0 if not.
19173 @kindex k f
19174 @pindex calc-prime-factors
19175 @tindex prfac
19176 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19177 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19178 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19179 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19180 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19181 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19182 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19183 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19184 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19186 @kindex k n
19187 @pindex calc-next-prime
19188 @ignore
19189 @mindex nextpr@idots
19190 @end ignore
19191 @tindex nextprime
19192 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19193 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19194 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19195 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19196 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19197 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19198 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19199 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19200 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19201 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19202 prime.
19204 @kindex I k n
19205 @pindex calc-prev-prime
19206 @ignore
19207 @mindex prevpr@idots
19208 @end ignore
19209 @tindex prevprime
19210 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19211 analogously finds the next prime less than a given number.
19213 @kindex k t
19214 @pindex calc-totient
19215 @tindex totient
19216 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19217 Euler ``totient'' 
19218 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19219 @infoline function,
19220 the number of integers less than @expr{n} which
19221 are relatively prime to @expr{n}.
19223 @kindex k m
19224 @pindex calc-moebius
19225 @tindex moebius
19226 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19227 @texline M@"obius @math{\mu}
19228 @infoline Moebius ``mu''
19229 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19230 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19231 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19232 the result is zero.
19234 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19235 @section Probability Distribution Functions
19237 @noindent
19238 The functions in this section compute various probability distributions.
19239 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19240 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19241 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19242 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19243 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19244 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19245 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19247 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19248 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19249 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19250 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19251 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19252 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19254 @kindex k B
19255 @kindex I k B
19256 @pindex calc-utpb
19257 @tindex utpb
19258 @tindex ltpb
19259 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19260 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19261 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19262 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19263 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19264 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19265 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19267 The other probability distribution functions similarly take the
19268 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19269 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19270 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19271 the random variable first, then whatever other parameters define the
19272 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19273 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19274 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19275 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19276 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19277 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19279 @kindex k C
19280 @pindex calc-utpc
19281 @tindex utpc
19282 @ignore
19283 @mindex @idots
19284 @end ignore
19285 @kindex I k C
19286 @ignore
19287 @mindex @null
19288 @end ignore
19289 @tindex ltpc
19290 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19291 @texline @math{\nu}
19292 @infoline @expr{v} 
19293 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19294 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19296 @kindex k F
19297 @pindex calc-utpf
19298 @tindex utpf
19299 @ignore
19300 @mindex @idots
19301 @end ignore
19302 @kindex I k F
19303 @ignore
19304 @mindex @null
19305 @end ignore
19306 @tindex ltpf
19307 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19308 various statistical tests.  The parameters 
19309 @texline @math{\nu_1}
19310 @infoline @expr{v1} 
19311 and 
19312 @texline @math{\nu_2}
19313 @infoline @expr{v2}
19314 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19315 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19317 @kindex k N
19318 @pindex calc-utpn
19319 @tindex utpn
19320 @ignore
19321 @mindex @idots
19322 @end ignore
19323 @kindex I k N
19324 @ignore
19325 @mindex @null
19326 @end ignore
19327 @tindex ltpn
19328 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19329 with mean @expr{m} and standard deviation 
19330 @texline @math{\sigma}.
19331 @infoline @expr{s}.  
19332 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19333 would exceed @expr{x}.
19335 @kindex k P
19336 @pindex calc-utpp
19337 @tindex utpp
19338 @ignore
19339 @mindex @idots
19340 @end ignore
19341 @kindex I k P
19342 @ignore
19343 @mindex @null
19344 @end ignore
19345 @tindex ltpp
19346 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19347 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19348 Poisson random events will occur.
19350 @kindex k T
19351 @pindex calc-ltpt
19352 @tindex utpt
19353 @ignore
19354 @mindex @idots
19355 @end ignore
19356 @kindex I k T
19357 @ignore
19358 @mindex @null
19359 @end ignore
19360 @tindex ltpt
19361 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19362 with 
19363 @texline @math{\nu}
19364 @infoline @expr{v} 
19365 degrees of freedom.  It is the probability that a
19366 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19367 (Note:  This computes the distribution function 
19368 @texline @math{A(t|\nu)}
19369 @infoline @expr{A(t|v)}
19370 where 
19371 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19372 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19373 and 
19374 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19375 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19376 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19377 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19379 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19380 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19381 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19382 to be able to find a solution given any initial guess.
19383 @xref{Numerical Solutions}.
19385 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19386 @chapter Vector/Matrix Functions
19388 @noindent
19389 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19390 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19391 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19392 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19393 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19395 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19396 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19397 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19398 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19399 vector of matrices, and so on.)
19401 @menu
19402 * Packing and Unpacking::
19403 * Building Vectors::
19404 * Extracting Elements::
19405 * Manipulating Vectors::
19406 * Vector and Matrix Arithmetic::
19407 * Set Operations::
19408 * Statistical Operations::
19409 * Reducing and Mapping::
19410 * Vector and Matrix Formats::
19411 @end menu
19413 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19414 @section Packing and Unpacking
19416 @noindent
19417 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19418 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19419 described in this chapter because they are most often used to build
19420 vectors.
19422 @kindex v p
19423 @kindex V p
19424 @pindex calc-pack
19425 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19426 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19427 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19428 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19429 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19430 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19431 five stack elements and push back a single vector of those five
19432 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19434 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19435 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19436 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19437 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19439 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19441 @table @cite
19442 @item -1
19443 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19444 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19445 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19446 number.  The two input values must both be real numbers,
19447 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19448 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19449 other packing modes also create a symbolic answer if the
19450 components are not suitable.)
19452 @item -2
19453 Two values are collected to build a polar complex number.
19454 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19455 in either degrees or radians according to the current angular
19456 mode.
19458 @item -3
19459 Three values are collected into an HMS form.  The first
19460 two values (hours and minutes) must be integers or
19461 integer-valued floats.  The third value may be any real
19462 number.
19464 @item -4
19465 Two values are collected into an error form.  The inputs
19466 may be real numbers or formulas.
19468 @item -5
19469 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19470 must be real numbers.
19472 @item -6
19473 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19474 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19476 @item -7
19477 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19479 @item -8
19480 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19482 @item -9
19483 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19485 @item -10
19486 Two integer values are collected into a fraction.
19488 @item -11
19489 Two values are collected into a floating-point number.
19490 The first is the mantissa; the second, which must be an
19491 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19492 times ten to the power of the exponent.
19494 @item -12
19495 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19496 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19497 is desired.
19499 @item -13
19500 A real number is converted into a date form.
19502 @item -14
19503 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19505 @item -15
19506 Six numbers are packed into a date/time form.
19507 @end table
19509 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19510 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19511 length, the result is another vector made by packing corresponding
19512 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19513 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19514 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19515 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19516 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19517 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19518 numbers modulo @var{M}.
19520 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19521 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19522 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19523 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19524 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19526 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19527 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19528 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19529 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19530 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19532 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19533 packing are done at that level as described above.  For
19534 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19535 @texline @math{2\times3}
19536 @infoline 2x3
19537 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19538 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19539 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19541 @ignore
19542 @starindex
19543 @end ignore
19544 @tindex pack
19545 There is an equivalent algebraic function,
19546 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19547 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19548 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19549 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19550 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19551 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19552 number of data items does not match the number of items required
19553 by the mode.
19555 @kindex v u
19556 @kindex V u
19557 @pindex calc-unpack
19558 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19559 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19560 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19561 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19562 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19563 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19565 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19566 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19567 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19568 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19569 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19570 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19571 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19573 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19574 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19575 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19576 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19577 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19578 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19579 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19580 is not a composite object.
19582 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19583 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19584 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19585 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19586 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19587 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19588 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19589 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19591 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19592 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19593 except that in addition to the components of the input object,
19594 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19595 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19596 original object.
19598 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19599 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19600 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19601 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19603 @ignore
19604 @starindex
19605 @end ignore
19606 @tindex unpack
19607 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19608 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19609 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19610 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19611 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19612 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19614 @ignore
19615 @starindex
19616 @end ignore
19617 @tindex unpackt
19618 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19619 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19620 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19621 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19622 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19623 The identity for re-building the original object is
19624 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19625 @code{apply} function builds a function call given the function
19626 name and a vector of arguments.)
19628 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19629 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19630 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19631 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19633 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19634 @section Building Vectors
19636 @noindent
19637 Vectors and matrices can be added,
19638 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19640 @kindex |
19641 @pindex calc-concat
19642 @ignore
19643 @mindex @null
19644 @end ignore
19645 @tindex |
19646 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19647 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19648 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19649 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19650 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19651 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19653 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19654 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19655 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19656 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19657 one-row matrix.
19659 @kindex H |
19660 @tindex append
19661 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19662 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19663 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19664 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19665 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19667 @kindex I |
19668 @kindex H I |
19669 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19670 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19671 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19673 @kindex v d
19674 @kindex V d
19675 @pindex calc-diag
19676 @tindex diag
19677 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19678 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19679 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19680 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19681 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19682 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19683 the prefix argument is required.
19685 To build a constant square matrix, e.g., a 
19686 @texline @math{3\times3}
19687 @infoline 3x3
19688 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19689 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19690 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19692 @kindex v i
19693 @kindex V i
19694 @pindex calc-ident
19695 @tindex idn
19696 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19697 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19698 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19699 this command prompts for one.
19701 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19702 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19703 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19704 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19705 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19706 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19707 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19708 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19709 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19710 identity matrices are immediately expanded to the current default
19711 dimensions.
19713 @kindex v x
19714 @kindex V x
19715 @pindex calc-index
19716 @tindex index
19717 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19718 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19719 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19720 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19721 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19723 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19724 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19725 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19726 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19727 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19728 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19729 of numbers or formulas.
19731 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19732 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19733 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19734 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19735 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19736 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19738 @kindex v b
19739 @kindex V b
19740 @pindex calc-build-vector
19741 @tindex cvec
19742 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19743 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19744 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19745 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19746 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19747 to build a matrix of copies of that row.)
19749 @kindex v h
19750 @kindex V h
19751 @kindex I v h
19752 @kindex I V h
19753 @pindex calc-head
19754 @pindex calc-tail
19755 @tindex head
19756 @tindex tail
19757 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19758 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19759 function returns the vector with its first element removed.  In both
19760 cases, the argument must be a non-empty vector.
19762 @kindex v k
19763 @kindex V k
19764 @pindex calc-cons
19765 @tindex cons
19766 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19767 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19768 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19769 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19770 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19772 @kindex H v h
19773 @kindex H V h
19774 @tindex rhead
19775 @ignore
19776 @mindex @idots
19777 @end ignore
19778 @kindex H I v h
19779 @kindex H I V h
19780 @ignore
19781 @mindex @null
19782 @end ignore
19783 @kindex H v k
19784 @kindex H V k
19785 @ignore
19786 @mindex @null
19787 @end ignore
19788 @tindex rtail
19789 @ignore
19790 @mindex @null
19791 @end ignore
19792 @tindex rcons
19793 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19794 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19795 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19796 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19797 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19798 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19799 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19801 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19802 @section Extracting Vector Elements
19804 @noindent
19805 @kindex v r
19806 @kindex V r
19807 @pindex calc-mrow
19808 @tindex mrow
19809 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19810 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19811 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19812 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19813 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19814 form of a vector or scalar, respectively.
19816 @cindex Permutations, applying
19817 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19818 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19819 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19820 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19821 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19822 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19824 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19825 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19826 submatrix is returned.
19828 @cindex Subscript notation
19829 @kindex a _
19830 @pindex calc-subscript
19831 @tindex subscr
19832 @tindex _
19833 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19834 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19835 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19836 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19837 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19838 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19839 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19840 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19841 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19842 purely as an algebraic notation.)
19844 @tindex mrrow
19845 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19846 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19847 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19848 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19849 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19851 @tindex getdiag
19852 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19853 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19854 function is called @code{getdiag}.
19856 @kindex v c
19857 @kindex V c
19858 @pindex calc-mcol
19859 @tindex mcol
19860 @tindex mrcol
19861 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19862 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19863 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19864 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19865 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19866 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19868 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19869 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19870 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19871 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19872 of matrix @expr{m}.
19874 @kindex v s
19875 @kindex V s
19876 @pindex calc-subvector
19877 @tindex subvec
19878 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19879 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19880 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19881 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19882 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19883 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19884 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19885 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19887 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19888 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19889 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19890 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19891 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19892 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19893 has this effect when used as the ending index.
19895 @kindex I v s
19896 @kindex I V s
19897 @tindex rsubvec
19898 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19899 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19900 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19901 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19902 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19904 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19905 vectors one element at a time.
19907 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19908 @section Manipulating Vectors
19910 @noindent
19911 @kindex v l
19912 @kindex V l
19913 @pindex calc-vlength
19914 @tindex vlen
19915 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19916 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19917 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19918 command.
19920 @kindex H v l
19921 @kindex H V l
19922 @tindex mdims
19923 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19924 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19925 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19926 its argument is a 
19927 @texline @math{2\times3}
19928 @infoline 2x3
19929 matrix.
19931 @kindex v f
19932 @kindex V f
19933 @pindex calc-vector-find
19934 @tindex find
19935 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19936 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19937 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19938 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19939 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19940 allows you to select any starting index for the search.
19942 @kindex v a
19943 @kindex V a
19944 @pindex calc-arrange-vector
19945 @tindex arrange
19946 @cindex Arranging a matrix
19947 @cindex Reshaping a matrix
19948 @cindex Flattening a matrix
19949 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19950 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19951 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19952 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19953 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19954 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19955 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19956 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19957 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19958 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19959 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19960 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19961 @texline @math{1\times4}
19962 @infoline 1x4
19963 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19964 @texline @math{4\times1}
19965 @infoline 4x1
19966 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19967 @texline @math{2\times2}
19968 @infoline 2x2
19969 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19970 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19971 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19973 @cindex Sorting data
19974 @kindex v S
19975 @kindex V S
19976 @kindex I v S
19977 @kindex I V S
19978 @pindex calc-sort
19979 @tindex sort
19980 @tindex rsort
19981 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19982 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19983 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19984 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19985 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19986 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19987 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19988 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19989 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19990 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19991 alphabetical order by this command.
19993 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19995 @cindex Permutation, inverse of
19996 @cindex Inverse of permutation
19997 @cindex Index tables
19998 @cindex Rank tables
19999 @kindex v G
20000 @kindex V G
20001 @kindex I v G
20002 @kindex I V G
20003 @pindex calc-grade
20004 @tindex grade
20005 @tindex rgrade
20006 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
20007 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
20008 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
20009 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
20010 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
20011 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
20012 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
20013 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
20014 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
20015 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
20016 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
20017 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
20018 table, just use @kbd{V G V G}.
20020 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
20021 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
20022 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
20023 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
20024 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
20025 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
20026 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
20027 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
20028 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
20029 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
20030 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
20032 @cindex Histograms
20033 @kindex v H
20034 @kindex V H
20035 @pindex calc-histogram
20036 @ignore
20037 @mindex histo@idots
20038 @end ignore
20039 @tindex histogram
20040 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
20041 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
20042 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
20043 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
20044 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
20045 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
20046 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
20047 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
20048 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
20049 input vector.)
20051 @kindex H v H
20052 @kindex H V H
20053 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
20054 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
20055 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
20056 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
20057 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
20058 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
20060 @kindex v t
20061 @kindex V t
20062 @pindex calc-transpose
20063 @tindex trn
20064 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
20065 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
20066 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
20067 a one-column matrix.
20069 @kindex v v
20070 @kindex V v
20071 @pindex calc-reverse-vector
20072 @tindex rev
20073 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
20074 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
20075 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
20076 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
20077 a matrix.)
20079 @kindex v m
20080 @kindex V m
20081 @pindex calc-mask-vector
20082 @tindex vmask
20083 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
20084 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
20085 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
20086 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
20087 the same as the target vector, but with all elements which correspond
20088 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
20089 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
20090 @xref{Logical Operations}.
20092 @kindex v e
20093 @kindex V e
20094 @pindex calc-expand-vector
20095 @tindex vexp
20096 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
20097 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
20098 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
20099 by successive elements from the target vector.  The length of the target
20100 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
20101 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
20102 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
20103 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
20104 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
20106 @kindex H v e
20107 @kindex H V e
20108 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
20109 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
20110 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
20111 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
20112 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
20113 then successive values are taken from it, so that the effect is to
20114 interleave two vectors according to the mask:
20115 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
20116 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
20118 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
20119 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
20120 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
20121 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
20122 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20123 masking using vectors.
20125 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20126 @section Vector and Matrix Arithmetic
20128 @noindent
20129 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20130 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20131 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20132 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20133 @xref{Basic Arithmetic}.
20135 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20136 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20137 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20138 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20140 @kindex v J
20141 @kindex V J
20142 @pindex calc-conj-transpose
20143 @tindex ctrn
20144 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20145 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20147 @ignore
20148 @mindex A
20149 @end ignore
20150 @kindex A (vectors)
20151 @pindex calc-abs (vectors)
20152 @ignore
20153 @mindex abs
20154 @end ignore
20155 @tindex abs (vectors)
20156 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20157 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20158 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20159 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20160 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20161 from that point to the origin.
20163 @kindex v n
20164 @kindex V n
20165 @pindex calc-rnorm
20166 @tindex rnorm
20167 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes the
20168 infinity-norm of a vector, or the row norm of a matrix.  For a plain
20169 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.  For
20170 a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums, i.e., of
20171 the sums of the absolute values of the elements along the various rows.
20173 @kindex v N
20174 @kindex V N
20175 @pindex calc-cnorm
20176 @tindex cnorm
20177 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20178 the one-norm of a vector, or column norm of a matrix.  For a plain
20179 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20180 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20181 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20182 not provided.  However, the 2-norm (or Frobenius norm) is provided for
20183 vectors by the @kbd{A} (@code{calc-abs}) command.
20185 @kindex v C
20186 @kindex V C
20187 @pindex calc-cross
20188 @tindex cross
20189 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20190 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20191 exactly three elements.
20193 @ignore
20194 @mindex &
20195 @end ignore
20196 @kindex & (matrices)
20197 @pindex calc-inv (matrices)
20198 @ignore
20199 @mindex inv
20200 @end ignore
20201 @tindex inv (matrices)
20202 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20203 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20204 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20205 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20206 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20207 quickly in the future.
20209 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20210 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20211 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20212 by a matrix.
20214 @kindex v D
20215 @kindex V D
20216 @pindex calc-mdet
20217 @tindex det
20218 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20219 determinant of a square matrix.
20221 @kindex v L
20222 @kindex V L
20223 @pindex calc-mlud
20224 @tindex lud
20225 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20226 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20227 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20228 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20229 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20230 and the third is upper-triangular.
20232 @kindex v T
20233 @kindex V T
20234 @pindex calc-mtrace
20235 @tindex tr
20236 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20237 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20238 elements of the matrix.
20240 @kindex v K
20241 @kindex V K
20242 @pindex calc-kron
20243 @tindex kron
20244 The @kbd{V K} (@code{calc-kron}) [@code{kron}] command computes
20245 the Kronecker product of two matrices.
20247 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20248 @section Set Operations using Vectors
20250 @noindent
20251 @cindex Sets, as vectors
20252 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20253 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20254 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20255 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20256 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20257 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20258 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20259 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20260 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20261 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20262 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20263 expect the answer @samp{[]}.
20265 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20266 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20267 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20268 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20269 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20270 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20272 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20273 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20274 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20275 single interval, the interval itself is returned instead.
20277 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20278 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20279 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20281 @kindex v +
20282 @kindex V +
20283 @pindex calc-remove-duplicates
20284 @tindex rdup
20285 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20286 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20287 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20288 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20289 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20290 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20291 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20292 them.
20294 @kindex v V
20295 @kindex V V
20296 @pindex calc-set-union
20297 @tindex vunion
20298 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20299 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20300 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20301 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20302 then using @kbd{V +}.)
20304 @kindex v ^
20305 @kindex V ^
20306 @pindex calc-set-intersect
20307 @tindex vint
20308 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20309 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20310 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20311 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20312 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20313 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20314 notation for set 
20315 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20316 @infoline union
20317 and 
20318 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20319 @infoline intersection.
20321 @kindex v -
20322 @kindex V -
20323 @pindex calc-set-difference
20324 @tindex vdiff
20325 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20326 the difference between two sets.  An object is in the difference
20327 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20328 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20329 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20330 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20331 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20332 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20333 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20334 enough to express in a few intervals).
20336 @kindex v X
20337 @kindex V X
20338 @pindex calc-set-xor
20339 @tindex vxor
20340 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20341 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20342 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20343 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20344 occur in both sets ``cancel out.''
20346 @kindex v ~
20347 @kindex V ~
20348 @pindex calc-set-complement
20349 @tindex vcompl
20350 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20351 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20352 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20353 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20354 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20356 @kindex v F
20357 @kindex V F
20358 @pindex calc-set-floor
20359 @tindex vfloor
20360 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20361 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20362 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20363 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20364 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20365 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20366 the complement with respect to the set of integers you could type
20367 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20369 @kindex v E
20370 @kindex V E
20371 @pindex calc-set-enumerate
20372 @tindex venum
20373 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20374 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20375 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20376 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20377 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20379 @kindex v :
20380 @kindex V :
20381 @pindex calc-set-span
20382 @tindex vspan
20383 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20384 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20385 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20386 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20387 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20389 @kindex v #
20390 @kindex V #
20391 @pindex calc-set-cardinality
20392 @tindex vcard
20393 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20394 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20395 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20396 more efficient than actually producing that vector.
20398 @cindex Sets, as binary numbers
20399 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20400 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20401 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20402 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20403 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20404 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20405 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20406 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20407 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20408 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20409 convenient to you.
20411 @kindex b p
20412 @kindex b u
20413 @pindex calc-pack-bits
20414 @pindex calc-unpack-bits
20415 @tindex vpack
20416 @tindex vunpack
20417 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20418 converts an integer that represents a set in binary into a set
20419 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20420 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20421 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20422 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20423 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20424 (binary) prefix key.
20426 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20427 converts the other way, from a vector or interval representing
20428 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20429 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20430 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20431 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20432 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20433 representation 
20434 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20435 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20437 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20438 @section Statistical Operations on Vectors
20440 @noindent
20441 @cindex Statistical functions
20442 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20443 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20444 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20445 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20446 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20447 Vetterling.
20449 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20450 a shifted letter or other character.
20452 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20453 (@code{calc-histogram}).
20455 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20456 least-squares fits to statistical data.
20458 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20459 probability distribution functions.
20461 @menu
20462 * Single-Variable Statistics::
20463 * Paired-Sample Statistics::
20464 @end menu
20466 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20467 @subsection Single-Variable Statistics
20469 @noindent
20470 These functions do various statistical computations on single
20471 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20472 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20473 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20474 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20475 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20476 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20478 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20479 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20480 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20481 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20483 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20484 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20485 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20486 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20487 of the computation, based on the assumption that the formula does
20488 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20489 error forms and interval forms are acceptable.
20491 Some of the functions in this section also accept a single error form
20492 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20493 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20494 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20495 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20496 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20497 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20498 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20499 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20500 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20502 @kindex u #
20503 @pindex calc-vector-count
20504 @tindex vcount
20505 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20506 computes the number of data values represented by the inputs.
20507 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20508 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20509 simply computes the length of the vector.
20511 @kindex u +
20512 @kindex u *
20513 @pindex calc-vector-sum
20514 @pindex calc-vector-prod
20515 @tindex vsum
20516 @tindex vprod
20517 @cindex Summations (statistical)
20518 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20519 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20520 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20521 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20522 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20523 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20525 @kindex u X
20526 @kindex u N
20527 @pindex calc-vector-max
20528 @pindex calc-vector-min
20529 @tindex vmax
20530 @tindex vmin
20531 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20532 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20533 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20534 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20535 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20536 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20537 plus or minus infinity.
20539 @kindex u M
20540 @pindex calc-vector-mean
20541 @tindex vmean
20542 @cindex Mean of data values
20543 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20544 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20545 If the inputs are error forms 
20546 @texline @math{x \pm \sigma},
20547 @infoline @samp{x +/- s}, 
20548 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20549 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20550 @infoline @expr{1 / s^2}.
20551 @tex
20552 \turnoffactive
20553 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20554            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20555 @end tex
20556 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20557 values divided by the count of the values.
20559 Note that a plain number can be considered an error form with
20560 error 
20561 @texline @math{\sigma = 0}.
20562 @infoline @expr{s = 0}.  
20563 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20564 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20565 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20566 above definitions it's clear that a plain number effectively
20567 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20568 weight is completely negligible.)
20570 This function also works for distributions (error forms or
20571 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20572 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20573 and maximum values of the interval.
20575 @kindex I u M
20576 @pindex calc-vector-mean-error
20577 @tindex vmeane
20578 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20579 command computes the mean of the data points expressed as an
20580 error form.  This includes the estimated error associated with
20581 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20582 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20583 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20584 sum of the reciprocals of the variances.)
20585 @tex
20586 \turnoffactive
20587 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20588 @end tex
20589 If the inputs are plain
20590 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20591 divided by the square root of the number of values.  (This works
20592 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20593 then assuming each value's error is equal to this standard
20594 deviation.)
20595 @tex
20596 \turnoffactive
20597 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20598 @end tex
20600 @kindex H u M
20601 @pindex calc-vector-median
20602 @tindex vmedian
20603 @cindex Median of data values
20604 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20605 command computes the median of the data values.  The values are
20606 first sorted into numerical order; the median is the middle
20607 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20608 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20609 The median function is different from the other functions in
20610 this section in that the arguments must all be real numbers;
20611 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20612 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20613 any of the input values are error forms, their error parts are
20614 ignored.
20616 The median function also accepts distributions.  For both normal
20617 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20618 the same as the mean.
20620 @kindex H I u M
20621 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20622 @tindex vhmean
20623 @cindex Harmonic mean
20624 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20625 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20626 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20627 of the values.
20628 @tex
20629 \turnoffactive
20630 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20631 @end tex
20633 @kindex u G
20634 @pindex calc-vector-geometric-mean
20635 @tindex vgmean
20636 @cindex Geometric mean
20637 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20638 command computes the geometric mean of the data values.  This
20639 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20640 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20641 of the data values.
20642 @tex
20643 \turnoffactive
20644 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20645    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20646 @end tex
20648 @kindex H u G
20649 @tindex agmean
20650 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20651 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20652 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20653 mean, then repeating until the two values converge.
20654 @tex
20655 \turnoffactive
20656 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20657 @end tex
20659 @cindex Root-mean-square
20660 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20661 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20663 @kindex u S
20664 @pindex calc-vector-sdev
20665 @tindex vsdev
20666 @cindex Standard deviation
20667 @cindex Sample statistics
20668 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20669 computes the standard 
20670 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20671 @infoline deviation
20672 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20673 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20674 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20675 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20676 divided by @expr{N-1}.
20677 @tex
20678 \turnoffactive
20679 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20680 @end tex
20682 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20683 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20684 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20685 limits, divided by 
20686 @texline @math{\sqrt{12}}.
20687 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20688 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20689 standard deviation of a vector of those integers.
20691 @kindex I u S
20692 @pindex calc-vector-pop-sdev
20693 @tindex vpsdev
20694 @cindex Population statistics
20695 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20696 command computes the @emph{population} standard deviation.
20697 It is defined by the same formula as above but dividing
20698 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20699 deviation is used when the input represents the entire set of
20700 data values in the distribution; the sample standard deviation
20701 is used when the input represents a sample of the set of all
20702 data values, so that the mean computed from the input is itself
20703 only an estimate of the true mean.
20704 @tex
20705 \turnoffactive
20706 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20707 @end tex
20709 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20710 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20711 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20713 @kindex H u S
20714 @kindex H I u S
20715 @pindex calc-vector-variance
20716 @pindex calc-vector-pop-variance
20717 @tindex vvar
20718 @tindex vpvar
20719 @cindex Variance of data values
20720 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20721 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20722 commands compute the variance of the data values.  The variance
20723 is the 
20724 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20725 @infoline square
20726 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20727 squares of the deviations of the data values from the mean.
20728 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20730 @ignore
20731 @starindex
20732 @end ignore
20733 @tindex vflat
20734 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20735 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20736 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20737 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20739 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20740 @subsection Paired-Sample Statistics
20742 @noindent
20743 The functions in this section take two arguments, which must be
20744 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20745 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20746 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20747 the stack, which must be an 
20748 @texline @math{N\times2}
20749 @infoline Nx2
20750 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20751 of actual vectors and matrices.
20753 @kindex u C
20754 @pindex calc-vector-covariance
20755 @tindex vcov
20756 @cindex Covariance
20757 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20758 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20759 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20760 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20761 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20762 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20763 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20764 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20765 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20766 are composed of error forms, the error for a given data point
20767 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20768 input errors.
20769 @tex
20770 \turnoffactive
20771 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20772 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20773     {\displaystyle {1 \over N-1}
20774                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20775      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20777 @end tex
20779 @kindex I u C
20780 @pindex calc-vector-pop-covariance
20781 @tindex vpcov
20782 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20783 command computes the population covariance, which is the same as the
20784 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20785 instead of @expr{N-1}.
20787 @kindex H u C
20788 @pindex calc-vector-correlation
20789 @tindex vcorr
20790 @cindex Correlation coefficient
20791 @cindex Linear correlation
20792 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20793 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20794 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20795 product of their standard deviations.  (There is no difference
20796 between sample or population statistics here.)
20797 @tex
20798 \turnoffactive
20799 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20800 @end tex
20802 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20803 @section Reducing and Mapping Vectors
20805 @noindent
20806 The commands in this section allow for more general operations on the
20807 elements of vectors.
20809 @kindex v A
20810 @kindex V A
20811 @pindex calc-apply
20812 @tindex apply
20813 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20814 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20815 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20816 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20817 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20818 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20819 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20821 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20822 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20824 @menu
20825 * Specifying Operators::
20826 * Mapping::
20827 * Reducing::
20828 * Nesting and Fixed Points::
20829 * Generalized Products::
20830 @end menu
20832 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20833 @subsection Specifying Operators
20835 @noindent
20836 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20837 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20838 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20839 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20840 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20841 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20842 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20843 element as its argument.)
20845 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20846 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20847 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20848 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20849 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20850 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20851 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20852 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20853 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20854 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20855 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20856 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20857 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20858 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20859 type @kbd{V M 3 v e}.
20861 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20862 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20863 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20864 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20865 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20866 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20867 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20868 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20869 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20870 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20872 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20873 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20874 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20875 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20876 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20877 entry interacts with the stack.)
20879 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20880 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20881 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20882 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20883 prompted for an argument list.
20885 @cindex Nameless functions
20886 @cindex Generic functions
20887 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20888 which means ``a function of two arguments that computes the first
20889 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20890 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20891 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20892 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20893 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20894 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20895 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20896 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20897 can get it back later if you wish.
20899 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20900 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20901 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20902 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20903 begins with a list of variables followed by a colon.)
20905 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20906 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20907 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20908 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20909 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20910 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20911 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20913 @cindex Lambda expressions
20914 @ignore
20915 @starindex
20916 @end ignore
20917 @tindex lambda
20918 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20919 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20920 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20921 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20922 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20923 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20924 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20926 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20927 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20928 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20929 called.)
20931 @tindex add
20932 @tindex sub
20933 @ignore
20934 @mindex @idots
20935 @end ignore
20936 @tindex mul
20937 @ignore
20938 @mindex @null
20939 @end ignore
20940 @tindex div
20941 @ignore
20942 @mindex @null
20943 @end ignore
20944 @tindex pow
20945 @ignore
20946 @mindex @null
20947 @end ignore
20948 @tindex neg
20949 @ignore
20950 @mindex @null
20951 @end ignore
20952 @tindex mod
20953 @ignore
20954 @mindex @null
20955 @end ignore
20956 @tindex vconcat
20957 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20958 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20959 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20960 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20961 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20962 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20963 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20964 @code{vconcat}.
20966 @ignore
20967 @starindex
20968 @end ignore
20969 @tindex call
20970 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20971 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20972 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20973 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20974 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20975 as @samp{x + 2y}).
20977 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20978 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20979 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20980 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20981 about it.)
20983 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20984 @subsection Mapping
20986 @noindent
20987 @kindex v M
20988 @kindex V M
20989 @pindex calc-map
20990 @tindex map
20991 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20992 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20993 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20994 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20995 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20996 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20997 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20998 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20999 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
21000 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
21001 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
21002 be prompted for the number of arguments to use.
21004 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
21005 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
21006 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
21007 produce another 
21008 @texline @math{3\times2}
21009 @infoline 3x2
21010 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
21012 @tindex mapr
21013 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
21014 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
21015 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
21016 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
21017 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
21018 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
21019 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
21020 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
21021 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
21023 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
21024 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
21025 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
21026 their individual elements.
21028 @tindex mapc
21029 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
21030 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
21031 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
21032 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
21033 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
21034 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
21036 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
21037 and column-like appearances, and were not already taken by useful
21038 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
21039 to type after @kbd{V M}.)
21041 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
21042 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
21043 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
21044 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
21045 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
21046 a vector takes a dot product of the vector with itself).
21048 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
21049 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
21050 arguments, those vectors are also held constant for every row or
21051 column.
21053 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
21054 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
21055 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
21056 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
21057 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
21058 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
21059 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
21060 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
21061 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
21062 mapped over the elements of each row.)
21064 @tindex mapa
21065 @tindex mapd
21066 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
21067 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
21068 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
21069 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
21070 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
21071 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
21072 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
21073 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
21075 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
21076 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
21077 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
21078 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
21080 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
21081 @subsection Reducing
21083 @noindent
21084 @kindex v R
21085 @kindex V R
21086 @pindex calc-reduce
21087 @tindex reduce
21088 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
21089 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
21090 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
21091 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
21092 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
21093 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
21094 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
21095 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
21097 @kindex I v R
21098 @kindex I V R
21099 @tindex rreduce
21100 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
21101 that works from right to left through the vector.  For example, plain
21102 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
21103 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
21104 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
21105 in power series expansions.
21107 @kindex v U
21108 @kindex V U
21109 @tindex accum
21110 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
21111 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
21112 operation, but instead of producing only the final result, it produces
21113 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
21114 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
21115 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
21117 @kindex I v U
21118 @kindex I V U
21119 @tindex raccum
21120 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
21121 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
21122 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
21124 @tindex reducea
21125 @tindex rreducea
21126 @tindex reduced
21127 @tindex rreduced
21128 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
21129 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
21130 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
21131 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
21132 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
21133 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
21134 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
21135 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
21136 b + e, c + f]}.
21138 @tindex reducer
21139 @tindex rreducer
21140 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
21141 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
21142 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
21143 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
21144 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
21145 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
21146 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21148 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21149 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21151 @tindex reducec
21152 @tindex rreducec
21153 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21154 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21156 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
21157 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21158 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21159 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21161 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21162 @subsection Nesting and Fixed Points
21164 @noindent
21165 @kindex H v R
21166 @kindex H V R
21167 @tindex nest
21168 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21169 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21170 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21171 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21172 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21173 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21174 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21176 @kindex H v U
21177 @kindex H V U
21178 @tindex anest
21179 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21180 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21181 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21182 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21183 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21185 @kindex H I v R
21186 @kindex H I V R
21187 @tindex fixp
21188 @cindex Fixed points
21189 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21190 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21191 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21192 no longer changes.
21194 @kindex H I v U
21195 @kindex H I V U
21196 @tindex afixp
21197 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21198 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21199 the last element will be the final result that would have been returned
21200 by @code{fixp}.
21202 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21203 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21204 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21205 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21206 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21207 to converge to 0.739085.)
21209 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21210 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21211 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21212 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21213 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21214 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21215 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21217 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21218 the function until two successive results are equal to within the
21219 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21220 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21221 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21222 applied until two successive results are exactly the same formula.
21223 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21224 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21226 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21227 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21228 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21229 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21230 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21231 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21232 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21233 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21234 exactly equal.)
21236 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21237 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21238 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21239 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21241 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21242 @subsection Generalized Products
21244 @kindex v O
21245 @kindex V O
21246 @pindex calc-outer-product
21247 @tindex outer
21248 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21249 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21250 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21251 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21252 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21253 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21254 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21256 @kindex v I
21257 @kindex V I
21258 @pindex calc-inner-product
21259 @tindex inner
21260 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21261 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21262 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21263 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21264 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21265 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21266 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21267 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21268 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21269 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21270 generalized dot product.
21272 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21273 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21274 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21275 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21276 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21278 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21279 @section Vector and Matrix Display Formats
21281 @noindent
21282 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21283 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21284 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21285 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21286 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21287 @pxref{Normal Language Modes}.
21289 @kindex v <
21290 @kindex V <
21291 @pindex calc-matrix-left-justify
21292 @kindex v =
21293 @kindex V =
21294 @pindex calc-matrix-center-justify
21295 @kindex v >
21296 @kindex V >
21297 @pindex calc-matrix-right-justify
21298 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21299 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21300 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21301 are justified to the left, right, or center of their columns.
21303 @kindex v [
21304 @kindex V [
21305 @pindex calc-vector-brackets
21306 @kindex v @{
21307 @kindex V @{
21308 @pindex calc-vector-braces
21309 @kindex v (
21310 @kindex V (
21311 @pindex calc-vector-parens
21312 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21313 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21314 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21315 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21316 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21317 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21318 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21319 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21320 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21321 and parentheses may never be used for this purpose.
21323 @kindex V ]
21324 @kindex v ]
21325 @kindex V )
21326 @kindex v )
21327 @kindex V @}
21328 @kindex v @}
21329 @pindex calc-matrix-brackets
21330 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21331 ``big'' style display of matrices, for matrices which have more than
21332 one row.  It prompts for a string of code letters; currently
21333 implemented letters are @code{R}, which enables brackets on each row
21334 of the matrix; @code{O}, which enables outer brackets in opposite
21335 corners of the matrix; and @code{C}, which enables commas or
21336 semicolons at the ends of all rows but the last.  The default format
21337 is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format was fixed at @samp{ROC}.)
21338 Here are some example matrices:
21340 @example
21341 @group
21342 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21343   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21344   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21346          RO                        ROC
21348 @end group
21349 @end example
21350 @noindent
21351 @example
21352 @group
21353   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21354      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21355      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21357           O                        OC
21359 @end group
21360 @end example
21361 @noindent
21362 @example
21363 @group
21364   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21365   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21366   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21368           R                       @r{blank}
21369 @end group
21370 @end example
21372 @noindent
21373 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21374 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21375 the others are useful for display only.
21377 @kindex v ,
21378 @kindex V ,
21379 @pindex calc-vector-commas
21380 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21381 off in vector and matrix display.
21383 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21384 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21385 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21386 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21387 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21388 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21389 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21390 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21391 give to @kbd{v ]} (as described above).
21393 @kindex v .
21394 @kindex V .
21395 @pindex calc-full-vectors
21396 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21397 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21398 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21399 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21400 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21401 When very large vectors are involved this will substantially
21402 improve Calc's display speed.
21404 @kindex t .
21405 @pindex calc-full-trail-vectors
21406 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21407 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21408 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21409 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21410 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21411 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21412 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21413 that involve the trail.
21415 @kindex v /
21416 @kindex V /
21417 @pindex calc-break-vectors
21418 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21419 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21420 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21421 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21422 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21423 vectors will still use the normal linear form.
21425 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21426 @chapter Algebra
21428 @noindent
21429 This section covers the Calc features that help you work with
21430 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21431 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21432 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21433 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21434 is discussed.
21436 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21437 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21438 for anything else'') prefix.
21440 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21441 using regular Emacs editing commands.
21443 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21444 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21445 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21446 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21447 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21448 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21449 @xref{Normal Language Modes}.
21451 @menu
21452 * Selecting Subformulas::
21453 * Algebraic Manipulation::
21454 * Simplifying Formulas::
21455 * Polynomials::
21456 * Calculus::
21457 * Solving Equations::
21458 * Numerical Solutions::
21459 * Curve Fitting::
21460 * Summations::
21461 * Logical Operations::
21462 * Rewrite Rules::
21463 @end menu
21465 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21466 @section Selecting Sub-Formulas
21468 @noindent
21469 @cindex Selections
21470 @cindex Sub-formulas
21471 @cindex Parts of formulas
21472 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21473 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21474 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21475 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21476 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21477 surrounding part of the stack entry alone.
21479 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21480 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21481 ``sub-formula'' of the vector.
21483 @menu
21484 * Making Selections::
21485 * Changing Selections::
21486 * Displaying Selections::
21487 * Operating on Selections::
21488 * Rearranging with Selections::
21489 @end menu
21491 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21492 @subsection Making Selections
21494 @noindent
21495 @kindex j s
21496 @pindex calc-select-here
21497 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21498 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21499 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21500 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21501 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21502 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21503 Suppose you enter the following formula:
21505 @smallexample
21506 @group
21507            3    ___
21508     (a + b)  + V c
21509 1:  ---------------
21510         2 x + 1
21511 @end group
21512 @end smallexample
21514 @noindent
21515 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21516 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21519 @smallexample
21520 @group
21521            .    ...
21522     .. . b.  . . .
21523 1*  ...............
21524         . . . .
21525 @end group
21526 @end smallexample
21528 @noindent
21529 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21530 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21531 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21532 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21533 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21534 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21536 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21537 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21539 @smallexample
21540 @group
21541            .    ...
21542     (a + b)  . . .
21543 1*  ...............
21544         . . . .
21545 @end group
21546 @end smallexample
21548 @noindent
21549 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21550 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21551 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21552 would have had the same effect.
21554 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21555 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21556 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21557 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21559 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21560 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21561 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21562 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21563 and so on.
21565 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21566 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21568 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21569 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21570 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21571 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21572 cursor on any stack entry.
21574 @kindex j a
21575 @pindex calc-select-additional
21576 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21577 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21578 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21579 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21580 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21581 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21583 @kindex j o
21584 @pindex calc-select-once
21585 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21586 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21587 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21588 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21589 by the cursor.
21591 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21592 such that the next command involving selected stack entries will clear
21593 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21594 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21596 @kindex j S
21597 @kindex j O
21598 @pindex calc-select-here-maybe
21599 @pindex calc-select-once-maybe
21600 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21601 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21602 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21603 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21604 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21605 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21606 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21607 commands.
21609 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21610 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21611 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21612 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21613 entire four-term sum.
21615 @kindex j b
21616 @pindex calc-break-selections
21617 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21618 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21619 through.  Calc actually stores the above formulas as 
21620 @samp{((a + b) - c) + d} and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain 
21621 obscure reasons, by default Calc treats multiplication as
21622 right-associative.)  Once you have enabled @kbd{j b} mode, selecting
21623 with the cursor on the @samp{-} sign would only select the @samp{a + b -
21624 c} portion, which makes sense when the deep structure of the sum is
21625 considered.  There is no way to select the @samp{b - c + d} portion;
21626 although this might initially look like just as legitimate a sub-formula
21627 as @samp{a + b - c}, the deep structure shows that it isn't.  The @kbd{d
21628 U} command can be used to view the deep structure of any formula
21629 (@pxref{Normal Language Modes}).
21631 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21632 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21633 you get.
21635 @kindex j u
21636 @pindex calc-unselect
21637 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21638 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21639 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21640 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21641 position.
21643 @kindex j c
21644 @pindex calc-clear-selections
21645 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21646 stack elements.
21648 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21649 @subsection Changing Selections
21651 @noindent
21652 @kindex j m
21653 @pindex calc-select-more
21654 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21655 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21656 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21658 @smallexample
21659 @group
21660            3    ...                3    ___                3    ___
21661     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21662 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21663         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21664 @end group
21665 @end smallexample
21667 @noindent
21668 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21669 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21670 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21672 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21673 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21674 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21675 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21676 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21678 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21679 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21680 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21681 is not on any stack element operates on the top stack element.
21683 @kindex j l
21684 @pindex calc-select-less
21685 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21686 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21687 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21688 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21689 current selection, the command de-selects the formula.
21691 @kindex j 1-9
21692 @pindex calc-select-part
21693 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21694 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21695 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21696 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21697 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21698 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21699 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21700 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21702 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21703 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21704 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21705 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21706 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21708 @kindex j n
21709 @kindex j p
21710 @pindex calc-select-next
21711 @pindex calc-select-previous
21712 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21713 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21714 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21715 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21716 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21717 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21718 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21719 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21720 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21721 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21723 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21724 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21725 arguments to move several steps at a time.
21727 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21728 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21729 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21730 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21731 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21732 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21733 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21734 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21735 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21737 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21738 @subsection Displaying Selections
21740 @noindent
21741 @kindex j d
21742 @pindex calc-show-selections
21743 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21744 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21745 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21746 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21747 by @samp{#} signs:
21749 @smallexample
21750 @group
21751            3    ...                  #    ___
21752     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21753 1*  ...............       1*  ---------------
21754         . . . .                   2 x + 1
21755 @end group
21756 @end smallexample
21758 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21759 @subsection Operating on Selections
21761 @noindent
21762 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21763 on the stack will operate on the selected portions of the items
21764 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21765 at once, though there can be only one selection at a time in any
21766 given stack element.)
21768 @kindex j e
21769 @pindex calc-enable-selections
21770 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21771 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21772 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21773 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21774 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21775 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21777 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21778 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21779 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21780 element.
21782 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21783 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21784 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21785 the selected portion of the formula, returning the old selected
21786 portion to the top of the stack.
21788 @smallexample
21789 @group
21790            3    ...                    ...                    ___
21791     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21792 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21793         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21795                                     3                      3
21796 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21797 @end group
21798 @end smallexample
21800 In this example we select a sub-formula of our original example,
21801 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21802 the complete, edited formula.
21804 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21805 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21807 @kindex j '
21808 @pindex calc-enter-selection
21809 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21810 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21811 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21812 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21813 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21814 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21815 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21816 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21817 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21819 @kindex j `
21820 @pindex calc-edit-selection
21821 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21822 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21823 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21824 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21826 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21827 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21828 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21829 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21831 @smallexample
21832 @group
21833               ###
21834     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21835 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21836        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21837 @end group
21838 @end smallexample
21840 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21841 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21842 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21843 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21844 and resimplifies.
21846 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21847 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21848 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21850 @kindex j @key{DEL}
21851 @pindex calc-del-selection
21852 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21853 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21854 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21855 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21856 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21858 @kindex j @key{RET}
21859 @pindex calc-grab-selection
21860 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21861 command.)
21863 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21864 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21865 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21866 press @kbd{Q} to take the square root.
21868 @smallexample
21869 @group
21870      .. .           .. .           .. .             .. .
21871 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21872     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21873                                                  V 4 - 2 x
21874 @end group
21875 @end smallexample
21877 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21878 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21879 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21880 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21881 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21882 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21883 the command will abort with an error message.
21885 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21886 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21887 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21888 (@code{calc-change-sign}).
21890 @smallexample
21891 @group
21892        .. .                .. .
21893 1*  ..........      1*  ...........
21894      .........           ..........
21895     . . . 2 x           . . . -2 x
21896 @end group
21897 @end smallexample
21899 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21900 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21901 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21902 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21903 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21904 to be simplified.
21906 @smallexample
21907 @group
21908        17 y                17 y
21909 1:  -----------     1:  ----------
21910      __________          _________
21911     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21912 @end group
21913 @end smallexample
21915 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21916 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21918 @noindent
21919 @kindex j R
21920 @pindex calc-commute-right
21921 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21922 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21923 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21924 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21926 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21927 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21928 in this section share this property.  In this example, we place the
21929 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21931 @smallexample
21932 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21933 @end smallexample
21935 @noindent
21936 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21937 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21938 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21939 mathematical meaning of the formula.
21941 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21942 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21943 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21944 course be drastically changed.
21946 @smallexample
21947 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21949 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21950 @end smallexample
21952 @kindex j L
21953 @pindex calc-commute-left
21954 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21955 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21957 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21958 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21959 term left or right past the end of its enclosing formula.
21960 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21961 selected term as far as possible in the given direction.
21963 @kindex j D
21964 @pindex calc-sel-distribute
21965 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21966 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21967 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21968 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21969 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21970 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21971 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21972 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21974 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21975 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21976 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21977 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21978 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21979 times to expand at once; the default is one time only.
21981 @vindex DistribRules
21982 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21983 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21984 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21985 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21986 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21987 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21988 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21990 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21991 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21992 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21993 @xref{Operations on Variables}.
21995 @kindex j M
21996 @pindex calc-sel-merge
21997 @vindex MergeRules
21998 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21999 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
22000 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
22001 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
22002 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
22003 the relevant rules.
22005 @kindex j C
22006 @pindex calc-sel-commute
22007 @vindex CommuteRules
22008 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
22009 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
22010 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
22011 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
22012 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
22013 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
22014 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
22015 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
22016 in the variable @code{CommuteRules}.
22018 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
22019 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
22020 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
22021 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
22022 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
22023 manipulations described in this section.
22025 @kindex j N
22026 @pindex calc-sel-negate
22027 @vindex NegateRules
22028 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
22029 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
22030 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
22031 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
22032 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
22033 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
22034 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
22035 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
22037 @kindex j &
22038 @pindex calc-sel-invert
22039 @vindex InvertRules
22040 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
22041 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
22042 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
22043 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
22045 @kindex j E
22046 @pindex calc-sel-jump-equals
22047 @vindex JumpRules
22048 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
22049 selected term from one side of an equation to the other.  Given
22050 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
22051 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
22052 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
22053 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
22055 @kindex j I
22056 @kindex H j I
22057 @pindex calc-sel-isolate
22058 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
22059 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
22060 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
22061 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
22062 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
22063 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
22064 as well as equations.
22066 @kindex j *
22067 @kindex j /
22068 @pindex calc-sel-mult-both-sides
22069 @pindex calc-sel-div-both-sides
22070 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
22071 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
22072 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
22073 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
22074 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
22075 providing a prefix argument: @kbd{C-u j *}.  There is also a @kbd{j /}
22076 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
22077 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
22079 If the selection is a quotient with numerator 1, then Calc's default
22080 simplifications would normally cancel the new factors.  To prevent
22081 this, when the @kbd{j *} command is used on a selection whose numerator is
22082 1 or -1, the denominator is expanded at the top level using the
22083 distributive law (as if using the @kbd{C-u 1 a x} command).  Suppose the
22084 formula on the stack is @samp{1 / (a + 1)} and you wish to multiplying the
22085 top and bottom by @samp{a - 1}.  Calc's default simplifications would
22086 normally change the result @samp{(a - 1) /(a + 1) (a - 1)} back
22087 to the original form by cancellation; when @kbd{j *} is used, Calc
22088 expands the denominator to  @samp{a (a - 1) + a - 1} to prevent this.
22090 If you wish the @kbd{j *} command to completely expand the denominator
22091 of a quotient you can call it with a zero prefix: @kbd{C-u 0 j *}.  For
22092 example, if the formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, you may
22093 wish to eliminate the square root in the denominator by multiplying
22094 the top and bottom by @samp{sqrt(a) - 1}.  If you did this simply by using
22095 a simple @kbd{j *} command, you would get 
22096 @samp{(sqrt(a)-1)/ (sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1)}.  Instead,
22097 you would probably want to use @kbd{C-u 0 j *}, which would expand the
22098 bottom and give you the desired result @samp{(sqrt(a)-1)/(a-1)}.  More
22099 generally, if @kbd{j *} is called with an argument of a positive
22100 integer @var{n}, then the denominator of the expression will be
22101 expanded @var{n} times (as if with the @kbd{C-u @var{n} a x} command).
22103 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
22104 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
22105 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
22106 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
22107 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
22108 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
22109 will be, it will assume it is positive and display a warning
22110 message.
22112 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
22113 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
22114 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
22115 back by the formula.
22117 @kindex j +
22118 @kindex j -
22119 @pindex calc-sel-add-both-sides
22120 @pindex calc-sel-sub-both-sides
22121 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
22122 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
22123 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
22124 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
22125 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
22126 results.
22128 @kindex j U
22129 @pindex calc-sel-unpack
22130 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
22131 selected function call with its argument.  For example, given
22132 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
22133 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
22134 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
22135 now to take the cosine of the selected part.)
22137 @kindex j v
22138 @pindex calc-sel-evaluate
22139 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
22140 normal default simplifications on the selected sub-formula.
22141 These are the simplifications that are normally done automatically
22142 on all results, but which may have been partially inhibited by
22143 previous selection-related operations, or turned off altogether
22144 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
22145 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
22147 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
22148 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
22149 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
22150 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
22151 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
22152 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
22153 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
22154 sub-formula.
22156 @kindex j "
22157 @pindex calc-sel-expand-formula
22158 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
22159 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
22161 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
22162 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
22164 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
22165 @section Algebraic Manipulation
22167 @noindent
22168 The commands in this section perform general-purpose algebraic
22169 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
22170 stack (unless, of course, you have made a selection in that
22171 formula).
22173 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
22174 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
22175 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
22176 from the second-to-top stack level.
22178 @kindex a v
22179 @pindex calc-alg-evaluate
22180 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22181 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22182 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22183 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22184 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22185 command.  @xref{Simplification Modes}.
22187 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22188 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22189 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22191 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22192 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
22193 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
22194 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
22196 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22197 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22198 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22199 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22200 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22201 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22202 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22203 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22204 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22206 @tindex evalv
22207 @tindex evalvn
22208 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22209 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22210 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22211 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22212 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22213 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22214 it as a temporary different working precision.)
22216 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22217 as an optional second argument.  This argument can be either an
22218 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22219 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22220 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22221 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22222 result will as usual be rounded back down to the current precision
22223 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22224 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22225 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22226 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22227 will return @samp{9.2654e-5}.
22229 @kindex a "
22230 @pindex calc-expand-formula
22231 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22232 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22233 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22234 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22235 and so are unaffected by this command.  One important class of
22236 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22237 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22238 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22239 distribution functions, most of the financial functions, and the
22240 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22241 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22242 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22243 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22244 top-level function call.
22246 @kindex a M
22247 @pindex calc-map-equation
22248 @tindex mapeq
22249 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22250 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22251 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22252 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22253 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22254 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22255 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22256 sides together and the righthand sides together to get the two
22257 respective sides of a new equation.
22259 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22260 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22261 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22262 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22263 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22264 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22265 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22266 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22267 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22268 then simplify to get @samp{2 < b}.
22270 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22271 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22272 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22273 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22274 though this is not true for all values of the variables.
22276 @kindex H a M
22277 @tindex mapeqp
22278 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22279 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22280 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22281 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22282 fixing an inequality which was already incorrect.)
22284 @kindex I a M
22285 @tindex mapeqr
22286 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22287 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22288 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22289 working with small positive angles.
22291 @kindex a b
22292 @pindex calc-substitute
22293 @tindex subst
22294 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22295 all occurrences
22296 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22297 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22298 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22299 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22300 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22301 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22302 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22303 doing substitutions.
22305 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22306 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22307 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22308 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22309 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22310 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22311 target is taken from top-of-stack as usual.
22313 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22314 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22315 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22316 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22317 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22318 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22319 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22320 these limitations.
22322 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22323 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22324 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22325 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22326 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22328 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22329 @section Simplifying Formulas
22331 @noindent
22332 @kindex a s
22333 @kindex I a s
22334 @kindex H a s
22335 @pindex calc-simplify
22336 @tindex simplify
22337 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22338 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22339 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22340 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22341 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22342 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22343 simplified to @samp{x}.
22345 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22346 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22347 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22348 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22349 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22350 must be done manually, usually with a combination of selections
22351 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22352 @xref{Rewrite Rules}.
22354 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22355 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22356 simplifications'' occur.
22358 There are some simplifications that, while sometimes useful, are never
22359 done automatically.  For example, the @kbd{I} prefix can be given to
22360 @kbd{a s}; the @kbd{I a s} command will change any trigonometric
22361 function to the appropriate combination of @samp{sin}s and @samp{cos}s
22362 before simplifying.  This can be useful in simplifying even mildly
22363 complicated trigonometric expressions.  For example, while @kbd{a s}
22364 can reduce @samp{sin(x) csc(x)} to @samp{1}, it will not simplify
22365 @samp{sin(x)^2 csc(x)}.  The command @kbd{I a s} can be used to
22366 simplify this latter expression; it will transform @samp{sin(x)^2
22367 csc(x)} into @samp{sin(x)}.  However, @kbd{I a s} will also perform
22368 some ``simplifications'' which may not be desired; for example, it
22369 will transform @samp{tan(x)^2} into @samp{sin(x)^2 / cos(x)^2}.  The
22370 Hyperbolic prefix @kbd{H} can be used similarly; the @kbd{H a s} will
22371 replace any hyperbolic functions in the formula with the appropriate
22372 combinations of @samp{sinh}s and @samp{cosh}s before simplifying.
22375 @menu
22376 * Default Simplifications::
22377 * Algebraic Simplifications::
22378 * Unsafe Simplifications::
22379 * Simplification of Units::
22380 @end menu
22382 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22383 @subsection Default Simplifications
22385 @noindent
22386 @cindex Default simplifications
22387 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22388 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22389 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22390 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22392 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22393 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22394 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22395 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22396 back on.
22398 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22399 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22400 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22401 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22402 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22403 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22404 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22405 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22407 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22408 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22409 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22410 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22411 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22412 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22413 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22414 does not evaluate its lefthand argument.
22416 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22417 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22418 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22419 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22420 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22421 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22422 simplified first as part of the process, as described above).
22424 The default simplifications are too numerous to describe completely
22425 here, but this section will describe the ones that apply to the
22426 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22427 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22428 a serious user of Calc's algebra facilities.
22430 @tex
22431 \bigskip
22432 @end tex
22434 As well as the simplifications described here, if you have stored
22435 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22436 will also be applied before any built-in default simplifications.
22437 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22439 @tex
22440 \bigskip
22441 @end tex
22443 And now, on with the default simplifications:
22445 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22446 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22447 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22448 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22449 (by default) a right-associative form for products, 
22450 @expr{a * (b * (c * d))}.  Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are
22451 rearranged to left-associative form, though this rarely matters since
22452 Calc's algebra commands are designed to hide the inner structure of sums
22453 and products as much as possible.  Sums and products in their proper
22454 associative form will be written without parentheses in the examples
22455 below.
22457 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22458 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22459 special cases described below.  Some algebra programs always
22460 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22461 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22462 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22463 and generally leaves that order alone, with the consequence
22464 that formulas like the above will only be simplified if you
22465 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22466 Simplifications}.
22468 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22469 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22470 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22471 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22472 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22473 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22474 negative-looking.
22476 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22477 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22478 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22479 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22480 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22481 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22482 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22483 simplifications.)
22485 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22486 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22487 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22488 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22489 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22490 using the distributive law.
22492 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22493 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22494 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22495 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22496 sum with one another would require time proportional to the
22497 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22498 operations like this to commands that have to be invoked
22499 explicitly, like @kbd{a s}.
22501 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22502 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22503 to @expr{-a}.
22505 @tex
22506 \bigskip
22507 @end tex
22509 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22510 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22511 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22512 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22513 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22514 infinite the result is @samp{nan}.
22516 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22517 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22518 numbers.
22520 Products are commuted only to move numbers to the front:
22521 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22523 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22524 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22525 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22526 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22527 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22529 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22530 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22531 @texline @math{x^{a+b}}
22532 @infoline @expr{x^(a+b)}
22533 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22534 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22535 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22536 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22537 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22538 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22540 The product of a negative power times anything but another negative
22541 power is changed to use division:  
22542 @texline @math{x^{-2} y}
22543 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22544 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22545 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22546 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22548 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22549 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22551 @tex
22552 \bigskip
22553 @end tex
22555 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22556 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22557 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22558 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22559 respectively.
22561 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22562 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22563 @xref{Infinite Mode}.
22565 The expression 
22566 @texline @math{a / b^{-c}}
22567 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22568 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22569 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22570 @texline @math{b^{-c}}
22571 @infoline @expr{b^(-c)} 
22572 for any power @expr{c}.
22574 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22575 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22576 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22577 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22578 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22580 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22581 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22582 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22583 described for multiplication.
22585 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22586 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22587 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22588 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22589 to cancel all terms of the quotient.
22591 Quotients of negative-looking values are simplified according
22592 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22593 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22595 @tex
22596 \bigskip
22597 @end tex
22599 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22600 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22601 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22602 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22603 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22604 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22606 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22607 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22608 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22609 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22610 @texline @math{a^{b c}}
22611 @infoline @expr{a^(b c)} 
22612 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22613 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22614 would not be safe because of problems with principal values.
22615 (In other words, 
22616 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22617 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22618 is safe to simplify, but
22619 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22620 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22621 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22622 variables satisfy these requirements.
22624 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22625 @texline @math{x^{n/2}}
22626 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22627 only for even integers @expr{n}.
22629 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22630 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22631 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22633 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22634 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22635 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22637 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22638 @texline @math{x^{1:2}}
22639 @infoline @expr{x^1:2} 
22640 for the purposes of the above-listed simplifications.
22642 Also, note that 
22643 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22644 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22645 is changed to 
22646 @texline @math{x^{-1:2}},
22647 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22648 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22650 @tex
22651 \bigskip
22652 @end tex
22654 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22655 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22656 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22657 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22658 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22659 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22660 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22661 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22662 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22663 @expr{n} is an integer.
22665 @tex
22666 \bigskip
22667 @end tex
22669 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22670 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22671 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22672 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22673 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22674 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22676 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22677 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22678 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22679 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22680 (@pxref{Declarations}). 
22682 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22683 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22684 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22686 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22687 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22688 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22689 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22690 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22691 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22692 and @expr{b} are known to be real.
22694 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22695 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22696 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22697 described in the next section does provide some simplifications for
22698 these functions, though.
22700 One important simplification that does occur is that
22701 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22702 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22703 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22704 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22706 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22707 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22708 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22709 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22710 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22711 @expr{!!2} is 1, not 2.
22713 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22714 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22715 suitable numbers.
22717 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22718 @subsection Algebraic Simplifications
22720 @noindent
22721 @cindex Algebraic simplifications
22722 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22723 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22724 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22725 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22727 This section describes all simplifications that are performed by
22728 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22729 default simplifications; even if the default simplifications have
22730 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22731 back on temporarily while it simplifies the formula.
22733 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22734 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22735 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22736 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22737 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22738 the built-in rules described below.  If the result is different from
22739 the original expression, the process repeats with the default
22740 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22741 then the built-in simplifications, and so on.
22743 @tex
22744 \bigskip
22745 @end tex
22747 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22748 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22749 The only exception is that a constant will not be commuted away
22750 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22751 commuted to @expr{-x + 2}.
22753 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22754 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22755 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22756 non-adjacent ones.
22758 @tex
22759 \bigskip
22760 @end tex
22762 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22763 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22764 This allows easier comparison of products; for example, the default
22765 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22766 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22767 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22768 of identical terms.
22770 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22771 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22772 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22773 command uses the same ordering when sorting a vector.
22775 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22776 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22777 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22779 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22780 terms, using the same method that the default simplifications
22781 use for adjacent terms of products.
22783 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22784 taken into account when terms of a product are being compared.
22785 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22786 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22787 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22788 one term can be written as a constant times the other, even if
22789 that constant is @mathit{-1}.
22791 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22792 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22793 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22794 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22795 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22797 @tex
22798 \bigskip
22799 @end tex
22801 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22802 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22803 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22804 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22805 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22806 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22807 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22808 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22810 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22811 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22812 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22813 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22815 @tex
22816 \bigskip
22817 @end tex
22819 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22820 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22821 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22822 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22823 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22824 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22825 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22826 user might not have been thinking of.
22828 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22829 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22830 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22831 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22832 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22833 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22834 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22835 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22836 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22838 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22839 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22840 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22841 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22843 @tex
22844 \bigskip
22845 @end tex
22847 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22848 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22849 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22850 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22851 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22853 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22854 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22855 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22856 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22857 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22858 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22859 about modulo forms in the presence of declarations.
22861 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22862 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22863 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22864 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22865 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22866 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22867 declared to be an integer.
22869 @tex
22870 \bigskip
22871 @end tex
22873 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22874 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22875 function, the replacement is made; for example,
22876 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22877 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22878 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22879 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22880 hyperbolic functions are also handled.
22882 Trigonometric functions of their inverse functions are
22883 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22884 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22885 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22886 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22887 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22889 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22890 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22891 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22892 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22894 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22895 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22896 hyperbolic functions.
22898 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22899 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22900 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22901 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22902 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22903 @texline @math{2 \pi}
22904 @infoline @expr{2 pi} 
22905 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22906 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22908 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22909 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22910 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22911 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22913 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22914 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22915 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22916 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22917 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22918 is a suitable multiple of 
22919 @texline @math{\pi i} 
22920 @infoline @expr{pi i}
22921 (as described above for the trigonometric functions), then
22922 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22923 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22924 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22925 negative imaginary. 
22927 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22928 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22929 function.
22931 @tex
22932 \bigskip
22933 @end tex
22935 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22936 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22937 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22938 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22939 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22940 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22941 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22942 sign is known.
22944 Simplification also replaces an equation or inequality with
22945 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22946 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22947 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22948 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22949 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22950 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22952 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22953 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22955 @noindent
22956 @cindex Unsafe simplifications
22957 @cindex Extended simplification
22958 @kindex a e
22959 @pindex calc-simplify-extended
22960 @ignore
22961 @mindex esimpl@idots
22962 @end ignore
22963 @tindex esimplify
22964 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22965 is like @kbd{a s}
22966 except that it applies some additional simplifications which are not
22967 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22968 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22969 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22970 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22971 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22972 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22973 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22975 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22976 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22977 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22978 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22979 to any specific part of a formula.
22981 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22982 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22983 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22984 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22986 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22987 by @kbd{a e}.
22989 @tex
22990 \bigskip
22991 @end tex
22993 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22994 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22995 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22996 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22997 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22998 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22999 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
23000 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
23001 functions always produce.
23003 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
23004 @texline @math{x^{a b}}
23005 @infoline @expr{x^(a b)}
23006 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
23007 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
23008 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
23009 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
23010 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
23011 of @expr{x} but not for negative or complex values.
23013 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
23014 simplified (possibly unsafely) to 
23015 @texline @math{x^{a/2}}.
23016 @infoline @expr{x^(a/2)}.
23018 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
23019 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
23020 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
23022 Arguments of square roots are partially factored to look for
23023 squared terms that can be extracted.  For example,
23024 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
23025 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
23027 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
23028 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
23029 unsafe because of problems with principal values (although these
23030 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
23032 Common factors are cancelled from products on both sides of an
23033 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
23034 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
23035 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
23036 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
23037 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
23038 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
23039 both sides of an inequality.
23041 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
23042 @subsection Simplification of Units
23044 @noindent
23045 The simplifications described in this section are applied by the
23046 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
23047 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
23048 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
23050 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
23051 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
23052 and @code{AlgSimpRules}.
23054 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
23055 @xref{Matrix Mode}.
23057 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
23058 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
23059 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
23060 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
23061 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
23062 in terms of the units @expr{u_a}.
23064 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
23065 which the first argument is a number which is out of range for the
23066 leading unit are modified accordingly.
23068 When cancelling and combining units in products and quotients,
23069 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
23070 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
23071 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
23072 are not combined in this way.
23074 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
23075 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
23076 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
23078 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
23079 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
23080 units of area) then they are replaced by the ratio between those
23081 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
23082 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
23084 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
23085 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
23086 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
23088 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
23089 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
23090 and @expr{(a^b)^c} to 
23091 @texline @math{a^{b c}}
23092 @infoline @expr{a^(b c)} 
23093 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
23094 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
23095 real.)
23097 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
23098 base units in that unit name all occur to powers which are a
23099 multiple of the denominator of the power, then the unit name
23100 is expanded out into its base units, which can then be simplified
23101 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
23102 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
23103 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
23104 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
23105 replaced by approximately 
23106 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
23107 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
23108 which is then changed to 
23109 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
23110 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
23111 then to @expr{257440 m^3}.
23113 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
23114 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
23115 applied to unit names or products or quotients involving units, are
23116 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
23117 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
23118 and the righthand term simplifies to @code{in}.
23120 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
23121 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
23122 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
23123 with the angular mode temporarily set to radians.
23125 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
23126 @section Polynomials
23128 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
23129 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
23130 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
23131 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
23132 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
23133 are often numbers, but they may in general be any formulas not
23134 involving the base variable.
23136 @kindex a f
23137 @pindex calc-factor
23138 @tindex factor
23139 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
23140 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
23141 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
23142 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
23143 @expr{(a + b) (c + d)}.
23145 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
23146 linear in several variables, such as the second example above, are
23147 merged according to the distributive law.  Formulas which are
23148 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
23149 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
23150 terms.  The first example above factors into three linear terms
23151 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
23152 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
23153 rewrite mechanism.
23155 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
23156 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
23157 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
23158 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
23159 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
23160 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
23161 integers (whose number of digits approaches the current precision).
23162 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
23163 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
23164 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
23165 version of Calc.)
23167 @vindex FactorRules
23168 @ignore
23169 @starindex
23170 @end ignore
23171 @tindex thecoefs
23172 @ignore
23173 @starindex
23174 @end ignore
23175 @ignore
23176 @mindex @idots
23177 @end ignore
23178 @tindex thefactors
23179 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
23180 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
23181 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
23182 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
23183 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
23184 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
23185 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
23186 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
23187 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
23188 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
23189 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
23190 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
23191 Calc then multiplies these terms together to get the complete
23192 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
23193 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
23194 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
23195 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23196 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23198 @kindex H a f
23199 @tindex factors
23200 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23201 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23202 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23203 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23204 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23205 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23206 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23207 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23208 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23209 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23210 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23212 @kindex a c
23213 @pindex calc-collect
23214 @tindex collect
23215 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23216 formula as a
23217 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23218 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23219 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23220 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23221 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23222 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23223 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23224 not be expanded.
23226 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23227 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23228 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23229 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23230 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23232 @kindex a x
23233 @pindex calc-expand
23234 @tindex expand
23235 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23236 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23237 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23238 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23239 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23240 the partially expanded expression is left on the stack.
23242 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23243 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23244 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23245 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23246 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23247 also know many other kinds of expansions, such as
23248 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23249 do not do.)
23251 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23252 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23253 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23254 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23255 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23256 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23257 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23258 the way in one step.
23260 @kindex a a
23261 @pindex calc-apart
23262 @tindex apart
23263 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23264 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23265 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23266 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23267 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23268 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23269 chooses the base variable automatically.
23271 @kindex a n
23272 @pindex calc-normalize-rat
23273 @tindex nrat
23274 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23275 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23276 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23277 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23278 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23279 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23281 @kindex a \
23282 @pindex calc-poly-div
23283 @tindex pdiv
23284 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23285 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23286 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23287 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23288 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23289 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23290 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23291 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23292 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23294 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23295 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23296 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23297 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23298 above.
23300 @kindex a %
23301 @pindex calc-poly-rem
23302 @tindex prem
23303 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23304 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23305 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23306 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23307 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23308 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23310 @kindex a /
23311 @kindex H a /
23312 @pindex calc-poly-div-rem
23313 @tindex pdivrem
23314 @tindex pdivide
23315 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23316 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23317 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23318 command divides two polynomials and constructs the formula
23319 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23320 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23322 @kindex a g
23323 @pindex calc-poly-gcd
23324 @tindex pgcd
23325 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23326 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23327 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23328 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23329 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23330 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23331 definition of GCD ensures that this division can take place without
23332 leaving a remainder.)
23334 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23335 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23336 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23337 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23338 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23339 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23340 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23342 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23343 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23344 polynomial routines used in the above commands.
23346 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23347 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23349 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23350 @section Calculus
23352 @noindent
23353 The following calculus commands do not automatically simplify their
23354 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23355 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23356 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23357 readable way.
23359 @menu
23360 * Differentiation::
23361 * Integration::
23362 * Customizing the Integrator::
23363 * Numerical Integration::
23364 * Taylor Series::
23365 @end menu
23367 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23368 @subsection Differentiation
23370 @noindent
23371 @kindex a d
23372 @kindex H a d
23373 @pindex calc-derivative
23374 @tindex deriv
23375 @tindex tderiv
23376 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23377 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23378 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23379 in the formula other than the specified differentiation variable are
23380 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23381 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23382 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23383 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23384 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23385 are considered constant, as are variables that have been declared
23386 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23388 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23389 @var{n}th derivative.
23391 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23392 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23393 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23394 answer!
23396 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23397 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23398 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23399 @texline @math{x=x_0}.
23400 @infoline @expr{x=x0}.
23402 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23403 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23404 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23405 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23406 derivative of @code{f}.
23408 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23409 the functions according to their defining formulas unless you have
23410 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23411 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23412 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23413 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23414 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23415 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23417 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23418 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23419 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23420 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23421 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23422 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23423 argument once).
23425 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23426 @subsection Integration
23428 @noindent
23429 @kindex a i
23430 @pindex calc-integral
23431 @tindex integ
23432 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23433 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23434 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23435 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23436 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23437 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23438 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23439 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23440 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23441 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23442 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23443 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23444 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23445 hyperbolic functions can be integrated.
23447 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23448 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23449 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23450 lower limit and an upper limit.
23452 @ifnottex
23453 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23454 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23455 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23456 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23457 integral from @code{a} to @code{b}.
23458 @end ifnottex
23459 @tex
23460 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23461 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23462 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23463 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23464 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23465 @end tex
23467 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23468 produces results that are significantly more complex than they need to
23469 be.  For example, the integral Calc finds for 
23470 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23471 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23472 is several times more complicated than the answer Mathematica
23473 returns for the same input, although the two forms are numerically
23474 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23475 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23476 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23477 Calc's solution for 
23478 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23479 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23480 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23481 constant factor of  
23482 @texline @math{\pi i / 2}
23483 @infoline @expr{pi i / 2},
23484 due to a different choice of constant of integration.
23486 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23487 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23488 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23489 suspect this is not happening when it should, use the
23490 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23492 @vindex IntegLimit
23493 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23494 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23495 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23496 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23497 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23498 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23499 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23500 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23501 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23502 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23503 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23504 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23506 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23507 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23508 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23509 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23510 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23512 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23513 @subsection Customizing the Integrator
23515 @noindent
23516 @vindex IntegRules
23517 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23518 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23519 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23520 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23521 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23522 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23523 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23524 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23525 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23526 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23527 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23528 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23529 automatically made various transformations on the integral to allow it
23530 to use your rule; integral tables generally give rules for
23531 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23532 in your @code{IntegRules}.
23534 @cindex Exponential integral Ei(x)
23535 @ignore
23536 @starindex
23537 @end ignore
23538 @tindex Ei
23539 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23540 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23541 integral'' function 
23542 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23543 @infoline @expr{Ei(x)} 
23544 was invented to describe it.
23545 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23546 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23547 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23548 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23549 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23550 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23551 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23552 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23553 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23555 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23556 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23557 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23558 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23559 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23560 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23561 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23562 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23563 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23564 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23565 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23566 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23567 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23569 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23570 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23571 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23572 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23573 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23574 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23575 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23576 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23577 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23578 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23579 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23580 it need not be.
23582 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23583 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23584 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23585 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23586 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23587 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23588 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23589 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23590 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23591 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23592 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23593 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23594 own with the information it knows, then your substitution rule will
23595 work only in very specific, simple cases.
23597 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23598 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23599 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23600 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23601 forever!)
23603 @vindex IntegSimpRules
23604 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23605 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23606 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23607 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23608 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23610 One more way to influence the integrator is to define a function with
23611 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23612 integrator automatically expands such functions according to their
23613 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23614 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23615 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23616 do this.)
23618 @vindex IntegAfterRules
23619 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23620 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23621 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23622 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23623 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23624 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23625 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23626 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23627 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23628 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23629 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23630 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23631 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23632 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23633 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23634 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23635 @code{IntegSimpRules}.
23637 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23638 @subsection Numerical Integration
23640 @noindent
23641 @kindex a I
23642 @pindex calc-num-integral
23643 @tindex ninteg
23644 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23645 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23646 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23647 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23648 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23649 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23651 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23652 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23653 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23654 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23655 the Romberg method works especially well when the function being
23656 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23657 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23658 determine the value of the integral.
23660 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23661 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23662 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23663 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23664 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23665 well-behaved in the specified interval.
23667 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23668 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23669 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23670 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23671 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23672 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23673 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23675 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23676 @subsection Taylor Series
23678 @noindent
23679 @kindex a t
23680 @pindex calc-taylor
23681 @tindex taylor
23682 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23683 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23684 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23685 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23686 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23687 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23688 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23689 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23690 may appear to get fewer terms than you asked for.
23692 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23693 function, you can get an approximation by integrating the function's
23694 Taylor series.
23696 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23697 @section Solving Equations
23699 @noindent
23700 @kindex a S
23701 @pindex calc-solve-for
23702 @tindex solve
23703 @cindex Equations, solving
23704 @cindex Solving equations
23705 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23706 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23707 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23708 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23709 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23710 form @expr{X = 0}.
23712 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23713 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23714 be; for example, solving 
23715 @texline @math{a < b \, c}
23716 @infoline @expr{a < b c} 
23717 for @expr{b} is impossible
23718 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23719 produce the result 
23720 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23721 @infoline @expr{b != a/c} 
23722 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23723 inequality is now unknown.  The inequality 
23724 @texline @math{a \le b \, c}
23725 @infoline @expr{a <= b c} 
23726 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23727 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23729 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23730 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23731 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23732 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23734 @menu
23735 * Multiple Solutions::
23736 * Solving Systems of Equations::
23737 * Decomposing Polynomials::
23738 @end menu
23740 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23741 @subsection Multiple Solutions
23743 @noindent
23744 @kindex H a S
23745 @tindex fsolve
23746 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23747 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23748 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23749 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23750 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23751 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23752 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23753 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23754 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23755 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23756 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23757 of these variables.
23759 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23760 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23761 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23762 think about it is that the square-root operation is really a
23763 two-valued function; since every Calc function must return a
23764 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23765 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23766 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23768 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23769 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23770 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23771 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23772 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23773 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23774 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23775 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23777 @cindex @code{GenCount} variable
23778 @vindex GenCount
23779 @ignore
23780 @starindex
23781 @end ignore
23782 @tindex an
23783 @ignore
23784 @starindex
23785 @end ignore
23786 @tindex as
23787 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23788 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23789 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23790 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23791 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23792 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23793 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23794 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23795 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23796 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23797 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23798 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23799 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23800 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23802 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23803 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23805 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23806 in that variable is not a positive integer, the regular
23807 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23809 @kindex I a S
23810 @kindex H I a S
23811 @tindex finv
23812 @tindex ffinv
23813 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23814 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23815 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23816 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23817 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23818 fully general inverse, as described above.
23820 @kindex a P
23821 @pindex calc-poly-roots
23822 @tindex roots
23823 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23824 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23825 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23826 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23827 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23828 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23829 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23830 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23831 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23832 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23833 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23834 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23835 reported; @pxref{Declarations}.)
23837 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23838 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23839 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23840 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23841 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23842 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23843 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23844 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23845 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23846 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23847 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23848 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23849 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23850 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23851 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23852 are all numbers (real or complex).
23854 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23855 @subsection Solving Systems of Equations
23857 @noindent
23858 @cindex Systems of equations, symbolic
23859 You can also use the commands described above to solve systems of
23860 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23861 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23862 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23863 at the prompt.)
23865 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23866 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23867 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23868 have the same length as the variables vector, and the variables
23869 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23870 are not always simplified as far as possible; the solution for
23871 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23872 command.
23874 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23875 time by solving one of the equations for that variable and then
23876 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23877 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23878 first tries to eliminate the first variable with the first
23879 equation, then the second variable with the second equation,
23880 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23881 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23882 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23883 nonlinear systems.
23885 @ignore
23886 @starindex
23887 @end ignore
23888 @tindex elim
23889 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23890 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23891 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23892 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23893 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23894 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23895 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23896 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23897 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23898 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23899 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23900 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23902 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23903 Calc simply eliminates those variables from the equations
23904 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23905 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23906 eliminated will reduce the number of equations in the system
23907 by one.
23909 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23910 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23911 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23912 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23913 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23914 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23915 variables you requested.)
23917 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23918 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23919 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23921 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23922 @subsection Decomposing Polynomials
23924 @noindent
23925 @ignore
23926 @starindex
23927 @end ignore
23928 @tindex poly
23929 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23930 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23931 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23932 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23933 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23934 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23935 of length one, representing a polynomial with only a constant
23936 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23937 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23938 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23939 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23940 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23942 @cindex Coefficients of polynomial
23943 @cindex Degree of polynomial
23944 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23945 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23946 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23947 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23948 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23950 @ignore
23951 @starindex
23952 @end ignore
23953 @tindex gpoly
23954 One important feature of the solver is its ability to recognize
23955 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23956 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23957 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23958 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23959 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23960 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23961 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23962 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23963 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23964 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23965 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23966 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23967 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23968 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23969 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23970 is considered trivial.
23972 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23973 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23975 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23976 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23977 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23978 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23979 a quartic polynomial in @expr{x}.
23981 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23982 discover:
23984 @smallexample
23985 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23986 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23987 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23988 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23989 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23990 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23991 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23992 @end smallexample
23994 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23995 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23996 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23997 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23998 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23999 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
24000 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
24001 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
24003 @ignore
24004 @starindex
24005 @end ignore
24006 @tindex pdeg
24007 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
24008 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
24009 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
24010 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
24011 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
24012 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
24013 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
24014 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
24015 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
24016 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
24017 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
24018 (minus infinity).
24020 @ignore
24021 @starindex
24022 @end ignore
24023 @tindex plead
24024 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
24025 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
24026 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
24027 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
24028 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
24030 @ignore
24031 @starindex
24032 @end ignore
24033 @tindex pcont
24034 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
24035 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
24036 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
24037 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
24038 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
24039 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
24040 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
24041 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
24042 coefficient.
24044 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
24045 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
24046 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
24047 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
24048 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
24049 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
24050 Dividing the polynomial by this number will clear all the
24051 denominators, as well as dividing by any common content in the
24052 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
24053 if all the coefficients in the polynomial are negative.
24055 @ignore
24056 @starindex
24057 @end ignore
24058 @tindex pprim
24059 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
24060 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
24061 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
24062 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
24063 terms.
24065 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
24066 @section Numerical Solutions
24068 @noindent
24069 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
24070 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
24071 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
24072 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
24073 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
24075 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
24076 on numerical data.)
24078 @menu
24079 * Root Finding::
24080 * Minimization::
24081 * Numerical Systems of Equations::
24082 @end menu
24084 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
24085 @subsection Root Finding
24087 @noindent
24088 @kindex a R
24089 @pindex calc-find-root
24090 @tindex root
24091 @cindex Newton's method
24092 @cindex Roots of equations
24093 @cindex Numerical root-finding
24094 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
24095 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
24096 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
24097 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
24099 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
24100 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
24101 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
24102 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
24103 a value is assigned to the solution variable and the formula is
24104 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
24105 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
24106 this command.
24108 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
24109 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
24110 solves the equation, and the difference between the lefthand and
24111 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
24112 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
24113 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
24114 number may be slightly different from the value you would compute from
24115 the equation yourself.)
24117 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
24118 the first element of the result vector, discarding the error term.
24120 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
24121 for a real solution near that number, or a complex number, in which
24122 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
24123 solution, or it can be an interval form which restricts the search
24124 to real numbers inside that interval.
24126 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
24127 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
24128 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
24129 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
24130 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
24131 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
24132 complex number, the function must be differentiable.
24134 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
24135 is negative at one end of the interval you specify and positive at
24136 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
24137 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
24138 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
24139 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
24141 @kindex H a R
24142 @tindex wroot
24143 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
24144 that if the initial guess is an interval for which the function has
24145 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
24146 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
24147 you are not sure if the function has a root in your interval.
24149 If the function is not differentiable, and you give a simple number
24150 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
24151 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
24152 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
24153 require a bounding interval in order to work.)
24155 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
24156 form on the stack, it will normally display an explanation for why
24157 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
24158 (@code{calc-why}) to get it back.
24160 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
24161 @subsection Minimization
24163 @noindent
24164 @kindex a N
24165 @kindex H a N
24166 @kindex a X
24167 @kindex H a X
24168 @pindex calc-find-minimum
24169 @pindex calc-find-maximum
24170 @tindex minimize
24171 @tindex maximize
24172 @cindex Minimization, numerical
24173 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
24174 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
24175 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
24176 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
24177 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
24178 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
24179 value of the variable which minimizes the formula's value, along
24180 with the minimum value itself.
24182 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
24183 have more than one minimum; some, like 
24184 @texline @math{x \sin x},
24185 @infoline @expr{x sin(x)}, 
24186 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
24187 ``global'' minimum of 
24188 @texline @math{x \sin x}
24189 @infoline @expr{x sin(x)} 
24190 but Calc can still locate any particular local minimum
24191 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
24192 finds a point at which the function's value is greater both to the left
24193 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
24195 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24196 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24197 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24198 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24199 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24200 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24201 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24202 any, that happens to lie in that range.
24204 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24205 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24206 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24207 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24208 answer.
24210 @ignore
24211 @mindex wmin@idots
24212 @end ignore
24213 @tindex wminimize
24214 @ignore
24215 @mindex wmax@idots
24216 @end ignore
24217 @tindex wmaximize
24218 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24219 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24220 that the minimum lie inside the interval you supply.
24222 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24223 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24224 negative of the formula you supply.
24226 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24227 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24228 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24229 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24230 be minimized over the reals.
24232 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
24233 @subsection Systems of Equations
24235 @noindent
24236 @cindex Systems of equations, numerical
24237 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24238 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24239 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24240 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24241 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24242 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24243 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24244 values that solved the system of equations, and the differences
24245 between the sides of the equations with those variable values.
24246 There must be the same number of equations as variables.  Since
24247 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24248 no effect when solving a system of equations.
24250 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24251 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24252 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24253 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24254 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24255 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24256 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24258 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24259 @section Curve Fitting
24261 @noindent
24262 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24263 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24264 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24265 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24266 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24267 possible fit.  The model formula can be entered in various ways after
24268 the key sequence @kbd{a F} is pressed.  
24270 If the letter @kbd{P} is pressed after @kbd{a F} but before the model
24271 description is entered, the data as well as the model formula will be
24272 plotted after the formula is determined.  This will be indicated by a
24273 ``P'' in the minibuffer after the help message.
24275 @menu
24276 * Linear Fits::
24277 * Polynomial and Multilinear Fits::
24278 * Error Estimates for Fits::
24279 * Standard Nonlinear Models::
24280 * Curve Fitting Details::
24281 * Interpolation::
24282 @end menu
24284 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24285 @subsection Linear Fits
24287 @noindent
24288 @kindex a F
24289 @pindex calc-curve-fit
24290 @tindex fit
24291 @cindex Linear regression
24292 @cindex Least-squares fits
24293 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24294 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24295 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24296 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24297 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24298 fit for the data.
24300 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24301 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24302 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24303 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24304 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24305 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24306 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24307 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24309 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24310 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24311 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24312 the @dfn{parameters} of the model.
24314 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24315 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24316 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24317 @texline @math{2\times N}
24318 @infoline 2xN
24319 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24320 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24321 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24322 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24324 If you happen to have an 
24325 @texline @math{N\times2}
24326 @infoline Nx2
24327 matrix instead of a 
24328 @texline @math{2\times N}
24329 @infoline 2xN
24330 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24332 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24333 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24335 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24336 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24337 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24338 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24339 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24340 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24341 name only those and let the parameters use default names.
24343 For example, suppose the data matrix
24345 @ifnottex
24346 @example
24347 @group
24348 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24349   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24350 @end group
24351 @end example
24352 @end ifnottex
24353 @tex
24354 \turnoffactive
24355 \turnoffactive
24356 \beforedisplay
24357 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24358              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24360 \afterdisplay
24361 @end tex
24363 @noindent
24364 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24365 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24366 the default names.  The result will be the formula @expr{3. + 2. x}
24367 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24368 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24369 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24370 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24371 formula.
24373 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24374 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24375 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24376 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24377 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24378 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24380 Specifying a different independent variable name will affect the
24381 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24382 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24383 the equations that go into the trail.
24385 @tex
24386 \bigskip
24387 @end tex
24389 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24390 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24391 The result is:
24393 @example
24394 2.6 + 2.2 x
24395 @end example
24397 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24398 a reasonably close match to the y-values in the data.
24400 @example
24401 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24402 @end example
24404 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24405 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24406 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24407 error measure
24409 @ifnottex
24410 @example
24411 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24412 @end example
24413 @end ifnottex
24414 @tex
24415 \turnoffactive
24416 \beforedisplay
24417 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24418 \afterdisplay
24419 @end tex
24421 @noindent
24422 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24423 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24424 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24425 summand is squared, one of them being to ensure that 
24426 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24427 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24428 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24429 for which the error 
24430 @texline @math{\chi^2}
24431 @infoline @expr{chi^2} 
24432 is as small as possible.
24434 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24435 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24437 @tex
24438 \bigskip
24439 @end tex
24441 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24442 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24443 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24444 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24445 is always one independent variable and one dependent variable.
24447 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24448 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24449 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24450 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24451 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24453 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24454 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24456 @noindent
24457 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24458 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24459 we could fit the original data matrix from the previous section
24460 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24461 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24463 @example
24464 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24465 @end example
24467 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24468 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24469 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24470 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24471 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24472 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24473 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24474 won't help.)
24476 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24477 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24478 line slightly to improve the fit.
24480 @example
24481 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24482 @end example
24484 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24485 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24486 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24487 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24488 a polynomial that exactly matches all five data points:
24490 @example
24491 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24492 @end example
24494 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24495 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24496 It is a good idea to increase the working precision to several
24497 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24498 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24499 results.
24501 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24502 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24503 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24504 automatically.
24506 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24507 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24508 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24509 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24510 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24511 command described below.  @xref{Interpolation}.
24513 @tex
24514 \bigskip
24515 @end tex
24517 Another generalization of the linear model is to assume the
24518 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24519 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24520 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24521 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24523 Given the data matrix,
24525 @example
24526 @group
24527 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24528   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24529   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24530 @end group
24531 @end example
24533 @noindent
24534 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24535 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24536 model @expr{a + b x + c y}.
24538 @example
24539 8. + 3. x + 0.5 y
24540 @end example
24542 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24543 (i.e., with any number of data rows).
24545 @tex
24546 \bigskip
24547 @end tex
24549 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24550 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24551 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24552 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24553 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24554 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24555 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24556 This will be indicated by an ``h'' in the minibuffer after the help
24557 message.
24559 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24560 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24561 key to select models like these, a later section shows how to enter
24562 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24563 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24565 Another class of models that will work but must be entered by hand
24566 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24568 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24569 @subsection Error Estimates for Fits
24571 @noindent
24572 @kindex H a F
24573 @tindex efit
24574 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24575 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24576 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24577 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24579 @example
24580 3. + 2. x
24581 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24582 @end example
24584 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24585 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24586 moderately small, because the data are still very close to linear.
24588 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24589 contain error forms.  The data values must either all include errors
24590 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24591 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24592 row contains error forms
24593 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24594 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24595 then the 
24596 @texline @math{\chi^2}
24597 @infoline @expr{chi^2}
24598 statistic is now,
24600 @ifnottex
24601 @example
24602 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24603 @end example
24604 @end ifnottex
24605 @tex
24606 \turnoffactive
24607 \beforedisplay
24608 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24609 \afterdisplay
24610 @end tex
24612 @noindent
24613 so that data points with larger error estimates contribute less to
24614 the fitting operation.
24616 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24617 errors for a given data point are combined; the square root of the
24618 sum of the squares of the errors forms the 
24619 @texline @math{\sigma_i}
24620 @infoline @expr{sigma_i} 
24621 used for the data point.
24623 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24624 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24625 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24626 estimates.
24628 If the input contains error forms but all the 
24629 @texline @math{\sigma_i}
24630 @infoline @expr{sigma_i} 
24631 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24632 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24633 @texline (@math{\chi^2}
24634 @infoline (@expr{chi^2}
24635 is simply scaled uniformly by 
24636 @texline @math{1 / \sigma^2},
24637 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24638 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24639 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24640 @kbd{H a F}. 
24642 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24643 of where these error estimates come from and how they should be
24644 interpreted.
24646 @tex
24647 \bigskip
24648 @end tex
24650 @kindex I a F
24651 @tindex xfit
24652 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24653 information.  The result is a vector of six items:
24655 @enumerate
24656 @item
24657 The model formula with error forms for its coefficients or
24658 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24659 produced.
24661 @item
24662 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24663 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24664 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24665 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24666 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24668 @item
24669 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24670 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24671 @texline @math{C_{jj}}
24672 @infoline @expr{C_j_j} 
24673 are the variances 
24674 @texline @math{\sigma_j^2}
24675 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24676 of the parameters.  The other elements are covariances
24677 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24678 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24679 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24680 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24681 @texline @math{r_{ij}},
24682 @infoline @expr{r_i_j},
24683 are defined as 
24684 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24685 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24687 @item
24688 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24689 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24690 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24691 polynomial and multilinear fits described so far.
24693 @item
24694 The value of 
24695 @texline @math{\chi^2}
24696 @infoline @expr{chi^2} 
24697 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24698 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24699 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24700 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24701 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24702 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24704 @item
24705 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24706 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24707 function using 
24708 @texline @math{\chi^2}
24709 @infoline @expr{chi^2} 
24710 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24711 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24712 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24713 particular, 
24714 @texline @math{\chi^2}
24715 @infoline @expr{chi^2} 
24716 statistics assume the errors in your inputs
24717 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24718 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24720 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24721 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24722 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24723 @texline @math{\chi^2}
24724 @infoline @expr{chi^2}
24725 value has effectively been used to estimate the original errors
24726 in the input, and thus there is no redundant information left
24727 over to use for a confidence test.
24728 @end enumerate
24730 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24731 @subsection Standard Nonlinear Models
24733 @noindent
24734 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24735 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24736 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24738 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24740 @table @kbd
24741 @item 1
24742 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24743 @item 2-9
24744 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24745 @item e
24746 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24747 @item E
24748 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24749 @item x
24750 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24751 @item X
24752 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24753 @item l
24754 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24755 @item L
24756 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24757 @item ^
24758 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24759 @item p
24760 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24761 @item q
24762 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24763 @item g
24764 Gaussian.  
24765 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24766 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24767 @item s
24768 Logistic @emph{s} curve.
24769 @texline @math{a/(1+e^{b(x-c)})}.
24770 @infoline @mathit{a/(1 + exp(b (x - c)))}.
24771 @item b
24772 Logistic bell curve.
24773 @texline @math{ae^{b(x-c)}/(1+e^{b(x-c)})^2}.
24774 @infoline @mathit{a exp(b (x - c))/(1 + exp(b (x - c)))^2}.
24775 @item o
24776 Hubbert linearization.
24777 @texline @math{{y \over x} = a(1-x/b)}.
24778 @infoline @mathit{(y/x) = a (1 - x/b)}.
24779 @end table
24781 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24782 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24783 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24784 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24785 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24787 All models except Gaussian, logistics, Hubbert and polynomials can
24788 generalize as shown to any number of independent variables.  Also, all
24789 the built-in models except for the logistic and Hubbert curves have an 
24790 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24791 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24792 before the model key.
24794 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24795 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24796 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24797 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24798 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24799 matches the problem.
24801 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24802 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24803 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24804 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24805 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24806 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24808 @tex
24809 \bigskip
24810 @end tex
24812 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24813 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24814 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24815 will work, though---see the next section for details.)
24817 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24818 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24819 equal terms; this model effectively has two parameters
24820 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24821 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24822 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24823 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24824 model.
24826 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24827 the variables that appear in the model.  These are used for the
24828 default parameters, independent variables, and dependent variable
24829 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24830 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24831 and thus does not need a name.
24833 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24834 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24835 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24836 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24837 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24838 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24839 variables.
24841 You can, of course, override these choices by entering something
24842 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24843 those variables must have stored values and those stored values will
24844 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24845 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24846 If you list only independent variables, all the remaining variables
24847 in the model formula will become parameters.
24849 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24850 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24851 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24852 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24853 a linear model.
24855 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24856 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24857 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24858 choose which variables in the formula are independent by default and
24859 which are parameters.
24861 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24862 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24863 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24864 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24865 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24866 those listed as @var{vars} are parameters.)
24868 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24869 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24871 @tex
24872 \bigskip
24873 @end tex
24875 @vindex Model1
24876 @vindex Model2
24877 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24878 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24879 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24880 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24881 accept for a model on the stack.
24883 @tex
24884 \bigskip
24885 @end tex
24887 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24888 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24889 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24890 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24891 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24892 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24893 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24894 so that the argument of the sine might go from zero to 
24895 @texline @math{3\times360}
24896 @infoline @mathit{3*360} 
24897 degrees.
24898 The above model would appear to be a good way to determine the
24899 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24900 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24901 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24902 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24903 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24904 even approximately.
24906 There is no good solution to this problem at present.  You could
24907 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24908 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24909 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24910 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24911 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24912 taking Fourier and related transforms.)
24914 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24915 @subsection Curve Fitting Details
24917 @noindent
24918 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24919 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24920 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24921 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24922 (of course there can be any number of each, not just three).
24924 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24925 to convert the model into this form.  For example, if the model
24926 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24927 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24929 For most other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24930 to try to put the problem into the form
24932 @smallexample
24933 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)
24934 @end smallexample
24936 @noindent
24937 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24938 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24939 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24940 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24941 in terms of @expr{A,B,C}.
24943 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24944 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24945 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24946 can be rewritten as follows:
24948 @example
24949 y = a x^b
24950 y = a exp(b ln(x))
24951 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24952 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24953 @end example
24955 @noindent
24956 which matches the desired form with 
24957 @texline @math{Y = \ln(y)},
24958 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24959 @texline @math{A = \ln(a)},
24960 @infoline @expr{A = ln(a)},
24961 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24962 @texline @math{G = \ln(x)}.
24963 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24964 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24965 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24966 @texline @math{a = \exp(A)} 
24967 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24968 and @expr{b = B}.
24970 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24971 be handled by expanding according to the distributive law.
24973 @example
24974 y = a + b*(x - c)^2
24975 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24976 @end example
24978 @noindent
24979 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24980 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24981 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24982 @expr{H = x^2}.
24984 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24985 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24986 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24988 The logistic models cannot be put into general linear form.  For these
24989 models, and the Hubbert linearization, Calc computes a rough
24990 approximation for the parameters, then uses the Levenberg-Marquardt
24991 iterative method to refine the approximations.
24993 Another model that cannot be put into general linear
24994 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24995 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24996 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24997 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24998 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24999 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
25000 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
25001 Note that some models can be linearized in several ways.  The
25002 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
25003 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
25004 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
25006 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
25007 store suitable values in those parameter variables, then omit them
25008 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
25010 @tex
25011 \bigskip
25012 @end tex
25014 A last desperate step would be to use the general-purpose
25015 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
25016 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
25017 @texline @math{\chi^2}
25018 @infoline @expr{chi^2}
25019 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
25020 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
25021 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
25022 command can do the same thing by brute force.
25024 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
25025 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
25026 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
25027 to be minimized would be the value of 
25028 @texline @math{\chi^2}
25029 @infoline @expr{chi^2} 
25030 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
25032 @smallexample
25033 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
25034 @end smallexample
25036 @noindent
25037 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
25038 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
25039 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
25040 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
25041 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
25042 were used by itself to solve the problem).
25044 @tex
25045 \bigskip
25046 @end tex
25048 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
25049 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
25050 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
25051 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
25052 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
25053 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
25054 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
25055 and so on (which is always true if the model is already linear
25056 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
25057 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
25058 of one formula per parameter in the original model.  The raw
25059 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
25060 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
25061 and so on.
25063 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
25064 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
25065 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
25066 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
25067 values to be substituted into the original model.  In the case of
25068 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
25069 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
25070 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
25071 standard error-form arithmetic take it from there.
25073 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
25074 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
25075 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
25076 figure out how to interpret the covariances in the presence of
25077 nontrivial filter functions.
25079 Things are also complicated when the input contains error forms.
25080 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
25081 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
25082 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
25083 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
25084 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
25085 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
25086 linearized model is evaluated, and the result should be an error
25087 form.  The error part of that result is used for 
25088 @texline @math{\sigma_i}
25089 @infoline @expr{sigma_i} 
25090 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
25091 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
25092 @texline @math{\sigma_i}.
25093 @infoline @expr{sigma_i}.  
25094 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
25095 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
25096 the righthand side of the linearized model is computed in regular
25097 arithmetic with no error forms.
25099 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
25100 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
25101 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
25102 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
25103 and multilinear models, the combined error is simply used as the
25104 @texline @math{\sigma}
25105 @infoline @expr{sigma} 
25106 for the data point with no further ado.)
25108 @tex
25109 \bigskip
25110 @end tex
25112 @vindex FitRules
25113 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
25114 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
25115 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
25116 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
25117 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
25118 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
25119 @xref{Operations on Variables}.
25121 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
25123 @ignore
25124 @starindex
25125 @end ignore
25126 @tindex fitvar
25127 @ignore
25128 @starindex
25129 @end ignore
25130 @ignore
25131 @mindex @idots
25132 @end ignore
25133 @tindex fitparam
25134 @ignore
25135 @starindex
25136 @end ignore
25137 @ignore
25138 @mindex @null
25139 @end ignore
25140 @tindex fitmodel
25141 @ignore
25142 @starindex
25143 @end ignore
25144 @ignore
25145 @mindex @null
25146 @end ignore
25147 @tindex fitsystem
25148 @ignore
25149 @starindex
25150 @end ignore
25151 @ignore
25152 @mindex @null
25153 @end ignore
25154 @tindex fitdummy
25155 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
25156 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
25157 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
25158 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
25159 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
25160 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
25161 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
25162 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
25163 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
25165 @smallexample
25166 @group
25167 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
25168 @end group
25169 @end smallexample
25171 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
25172 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
25173 changes are possible.)
25175 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
25176 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
25178 @example
25179 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
25180 @end example
25182 @noindent
25183 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
25184 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
25185 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
25186 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
25187 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
25188 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
25189 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
25191 The power law model eventually boils down to
25193 @smallexample
25194 @group
25195 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25196           [1, ln(fitvar(1))],
25197           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25198 @end group
25199 @end smallexample
25201 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25202 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25203 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25204 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25205 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25206 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25207 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25208 and the distributive law is used to expand products of sums.
25209 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25210 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25211 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25212 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25213 will probably only need to modify the rules for this phase.
25215 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25216 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25217 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25218 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25219 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25220 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25221 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25222 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25223 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25224 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25225 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25226 raw parameters, for now.)
25228 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25229 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25230 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25231 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25232 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25233 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25234 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25235 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25236 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25237 using the distributive law in order to minimize the number of
25238 raw parameters needed.
25240 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25241 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25242 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25243 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25244 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25245 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25246 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25247 least-squares solver wants to see.
25249 @ignore
25250 @starindex
25251 @end ignore
25252 @ignore
25253 @mindex hasfit@idots
25254 @end ignore
25255 @tindex hasfitparams
25256 @ignore
25257 @starindex
25258 @end ignore
25259 @ignore
25260 @mindex @null
25261 @end ignore
25262 @tindex hasfitvars
25263 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25264 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25265 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25266 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25267 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25268 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25269 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25270 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25271 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25273 @tex
25274 \bigskip
25275 @end tex
25277 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25278 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25279 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25280 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25281 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25282 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25283 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25284 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25285 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25286 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25288 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25289 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25290 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25291 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25292 and the lower ones for @var{params}.
25294 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25295 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25296 and variables, as discussed previously.
25298 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25299 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25300 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25301 linearizer was unable to put the model into the required form.
25303 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25304 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25306 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
25307 @subsection Polynomial Interpolation
25309 @kindex a p
25310 @pindex calc-poly-interp
25311 @tindex polint
25312 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25313 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25314 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25315 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25316 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25317 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25318 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25319 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25320 efficient and more numerically stable.)
25322 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25323 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25324 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25325 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25326 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25327 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25329 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25330 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25332 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25333 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25334 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25335 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25336 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25337 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25339 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25340 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25342 @kindex H a p
25343 @tindex ratint
25344 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25345 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25346 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25347 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25348 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25349 have degree one higher than the numerator).
25351 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25352 describe functions that have poles (points at which the function's value
25353 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25354 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25355 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25356 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25358 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25359 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25360 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25361 capabilities to fit.)
25363 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25364 @section Summations
25366 @noindent
25367 @cindex Summation of a series
25368 @kindex a +
25369 @pindex calc-summation
25370 @tindex sum
25371 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25372 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25373 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25374 name of the summation index variable, the lower limit of the
25375 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25376 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25377 any later ones are answered by reading additional elements from
25378 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25379 produces the result 55.
25380 @tex
25381 \turnoffactive
25382 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25383 @end tex
25385 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25386 use a variable with a stored value.  In particular, while
25387 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25388 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25389 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25390 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25391 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25392 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25393 (@xref{Storing Variables}.)
25395 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25396 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25397 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25398 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25399 step value, in which case you can enter any formula or enter
25400 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25401 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25402 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25403 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25405 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25406 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25407 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25408 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25409 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25410 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25411 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25412 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25413 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25414 whenever it can for the sake of efficiency.
25416 The notation for sums in algebraic formulas is
25417 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25418 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25419 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25420 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25421 and @samp{inf}, respectively.
25423 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25424 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25425 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25426 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25427 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25428 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25429 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25430 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25432 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25433 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25434 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25435 the limits to include only the range of integers which result in
25436 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25437 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25439 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25440 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25441 Calc computes the number of iterations using the formula
25442 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25443 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25445 If the number of iterations according to the above formula does
25446 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25447 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25448 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25449 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25450 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25451 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25452 the rather dubious answer, 29.25.
25454 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25455 positive step size), the result is generally zero.  However,
25456 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25457 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25458 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25459 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25460 if Calc used a closed form solution.
25462 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25463 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25464 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25465 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25466 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25467 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25468 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25469 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25470 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25471 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25472 closed form.
25474 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25475 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25476 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25477 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25478 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25479 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25480 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25481 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25482 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25483 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25484 @texline @math{k \ne k_0},
25485 @infoline @expr{k != k_0},
25486 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25487 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25489 @cindex Alternating sums
25490 @kindex a -
25491 @pindex calc-alt-summation
25492 @tindex asum
25493 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25494 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25495 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25496 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25497 are converted to normal sums with an extra term of the form
25498 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25499 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25500 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25501 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25502 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25503 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25504 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25506 @cindex Product of a sequence
25507 @kindex a *
25508 @pindex calc-product
25509 @tindex prod
25510 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25511 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25512 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25513 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25514 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25516 @kindex a T
25517 @pindex calc-tabulate
25518 @tindex table
25519 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25520 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25521 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25522 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25523 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25525 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25526 @section Logical Operations
25528 @noindent
25529 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25530 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25531 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25532 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25533 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25534 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25535 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25536 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25537 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25538 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25539 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25540 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25541 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25542 false.  @xref{Declarations}.)
25544 @kindex a =
25545 @pindex calc-equal-to
25546 @tindex eq
25547 @tindex =
25548 @tindex ==
25549 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25550 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25551 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25552 are identical expressions, or because they are numbers which are
25553 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25554 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25555 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25556 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25557 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25559 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25560 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25561 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25562 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25563 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25564 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25565 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25566 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25567 zero if not.
25569 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25570 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25571 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25572 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25573 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25574 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25575 variables).
25577 @kindex a #
25578 @pindex calc-not-equal-to
25579 @tindex neq
25580 @tindex !=
25581 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25582 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25583 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25584 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25585 distinct numbers.
25587 @kindex a <
25588 @tindex lt
25589 @ignore
25590 @mindex @idots
25591 @end ignore
25592 @kindex a >
25593 @ignore
25594 @mindex @null
25595 @end ignore
25596 @kindex a [
25597 @ignore
25598 @mindex @null
25599 @end ignore
25600 @kindex a ]
25601 @pindex calc-less-than
25602 @pindex calc-greater-than
25603 @pindex calc-less-equal
25604 @pindex calc-greater-equal
25605 @ignore
25606 @mindex @null
25607 @end ignore
25608 @tindex gt
25609 @ignore
25610 @mindex @null
25611 @end ignore
25612 @tindex leq
25613 @ignore
25614 @mindex @null
25615 @end ignore
25616 @tindex geq
25617 @ignore
25618 @mindex @null
25619 @end ignore
25620 @tindex <
25621 @ignore
25622 @mindex @null
25623 @end ignore
25624 @tindex >
25625 @ignore
25626 @mindex @null
25627 @end ignore
25628 @tindex <=
25629 @ignore
25630 @mindex @null
25631 @end ignore
25632 @tindex >=
25633 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25634 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25635 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25636 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25637 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25639 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25640 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25641 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25642 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25643 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25644 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25645 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25646 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25648 @kindex a .
25649 @pindex calc-remove-equal
25650 @tindex rmeq
25651 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25652 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25653 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25654 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25655 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25656 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25657 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25658 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25659 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25660 taking the lefthand side.
25662 @kindex a &
25663 @pindex calc-logical-and
25664 @tindex land
25665 @tindex &&
25666 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25667 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25668 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25669 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25670 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25672 @kindex a |
25673 @pindex calc-logical-or
25674 @tindex lor
25675 @tindex ||
25676 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25677 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25678 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25679 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25680 zero.
25682 @kindex a !
25683 @pindex calc-logical-not
25684 @tindex lnot
25685 @tindex !
25686 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25687 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25688 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25689 number.
25691 @kindex a :
25692 @pindex calc-logical-if
25693 @tindex if
25694 @ignore
25695 @mindex ? :
25696 @end ignore
25697 @tindex ?
25698 @ignore
25699 @mindex @null
25700 @end ignore
25701 @tindex :
25702 @cindex Arguments, not evaluated
25703 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25704 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25705 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25706 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25707 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25708 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25709 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25710 @code{condition}.
25712 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25713 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25714 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25715 @samp{a?(3):4} instead.
25717 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25718 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25719 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25720 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25721 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25722 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25723 with all elements of @expr{a}.
25725 @kindex a @{
25726 @pindex calc-in-set
25727 @tindex in
25728 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25729 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25730 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25731 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25732 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25733 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25734 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25735 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25736 of this sort.
25738 @ignore
25739 @starindex
25740 @end ignore
25741 @tindex typeof
25742 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25743 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25744 the result will be one of the following numbers:
25746 @example
25747  1   Integer
25748  2   Fraction
25749  3   Floating-point number
25750  4   HMS form
25751  5   Rectangular complex number
25752  6   Polar complex number
25753  7   Error form
25754  8   Interval form
25755  9   Modulo form
25756 10   Date-only form
25757 11   Date/time form
25758 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25759 100  Variable
25760 101  Vector (but not a matrix)
25761 102  Matrix
25762 @end example
25764 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25765 represents the name of the top-level function call.
25767 @ignore
25768 @starindex
25769 @end ignore
25770 @tindex integer
25771 @ignore
25772 @starindex
25773 @end ignore
25774 @tindex real
25775 @ignore
25776 @starindex
25777 @end ignore
25778 @tindex constant
25779 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25780 The @samp{real(a)} function
25781 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25782 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25783 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25784 code result except for variables, and provided that the components of
25785 an object like a vector or error form are themselves constant.
25786 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25787 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25789 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25790 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25791 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25792 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25793 literally an integer constant.
25795 @ignore
25796 @starindex
25797 @end ignore
25798 @tindex refers
25799 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25800 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25801 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25802 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25803 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25804 variable (different from @expr{b}).
25806 @ignore
25807 @starindex
25808 @end ignore
25809 @tindex negative
25810 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25811 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25812 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25813 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25814 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25815 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25816 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25817 as a rewrite rule condition).
25819 @ignore
25820 @starindex
25821 @end ignore
25822 @tindex variable
25823 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25824 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25825 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25826 are considered variables like any others by this test.
25828 @ignore
25829 @starindex
25830 @end ignore
25831 @tindex nonvar
25832 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25833 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25834 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25835 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25836 often good enough.
25838 @ignore
25839 @starindex
25840 @end ignore
25841 @tindex lin
25842 @ignore
25843 @starindex
25844 @end ignore
25845 @tindex linnt
25846 @ignore
25847 @starindex
25848 @end ignore
25849 @tindex islin
25850 @ignore
25851 @starindex
25852 @end ignore
25853 @tindex islinnt
25854 @cindex Linearity testing
25855 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25856 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25857 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25858 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25859 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25860 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25861 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25862 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25863 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25864 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25865 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25866 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25867 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25868 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25869 returns true.
25871 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25872 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25873 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25874 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25875 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25876 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25877 linear in @expr{x}).
25879 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25880 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25881 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25882 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25883 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25884 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25885 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25886 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25887 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25888 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25890 @ignore
25891 @starindex
25892 @end ignore
25893 @tindex istrue
25894 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25895 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25896 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25897 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25898 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25899 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25900 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25901 in symbolic form.)
25903 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25904 @section Rewrite Rules
25906 @noindent
25907 @cindex Rewrite rules
25908 @cindex Transformations
25909 @cindex Pattern matching
25910 @kindex a r
25911 @pindex calc-rewrite
25912 @tindex rewrite
25913 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25914 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25915 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25916 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25917 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25918 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25919 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25920 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25921 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25923 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25924 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25925 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25926 entries are being parsed, converting strings of characters into
25927 Calc formulas.
25929 @menu
25930 * Entering Rewrite Rules::
25931 * Basic Rewrite Rules::
25932 * Conditional Rewrite Rules::
25933 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25934 * Other Features of Rewrite Rules::
25935 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25936 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25937 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25938 * Selections with Rewrite Rules::
25939 * Matching Commands::
25940 * Automatic Rewrites::
25941 * Debugging Rewrites::
25942 * Examples of Rewrite Rules::
25943 @end menu
25945 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25946 @subsection Entering Rewrite Rules
25948 @noindent
25949 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25950 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25951 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25952 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25953 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25954 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25955 assignments in special ways.
25957 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25958 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25959 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25960 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25961 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25963 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25964 rules.
25966 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25967 in several ways:
25969 @enumerate
25970 @item
25971 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25972 @item
25973 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25974 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25975 @item
25976 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25977 @kbd{myrules @key{RET}}.
25978 @item
25979 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25980 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25981 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25982 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25983 @item
25984 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25985 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25986 rewritten will come from the second-to-top position).
25987 @end enumerate
25989 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25990 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25991 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25993 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25994 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25995 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25996 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25997 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25998 @pxref{Operations on Variables}.
26000 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
26001 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
26002 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
26003 through that variable, they will be compiled once and saved away
26004 along with the variable for later reference.  This is another good
26005 reason to store your rules in a variable.
26007 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
26008 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
26009 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
26011 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
26012 @subsection Basic Rewrite Rules
26014 @noindent
26015 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
26016 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
26017 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
26018 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
26019 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
26020 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
26021 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
26022 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
26023 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
26024 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
26025 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
26027 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
26028 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
26029 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
26030 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
26031 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
26033 Things other than variables must match exactly between the pattern
26034 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
26035 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
26036 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
26037 @samp{sin(a)+y}.
26039 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
26040 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
26041 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
26042 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
26044 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
26045 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
26046 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
26047 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
26048 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
26050 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
26051 throughout the target formula until no further changes are possible
26052 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
26053 change at a time.
26055 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
26056 @subsection Conditional Rewrite Rules
26058 @noindent
26059 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
26060 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
26061 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
26062 is present in the
26063 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
26064 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
26065 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
26066 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
26067 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
26068 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
26069 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
26070 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
26071 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
26072 1 or 0 according to the results of various tests.
26074 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
26075 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
26076 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
26077 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
26078 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
26079 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
26080 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
26081 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
26082 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
26084 While Calc will use declarations to reason about variables in the
26085 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
26086 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
26087 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
26088 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
26089 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
26090 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
26091 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
26092 the condition.
26094 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
26095 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
26096 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
26098 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
26099 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
26101 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
26102 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
26103 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
26104 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
26105 decides when it is best to test each condition while a rule is being
26106 matched.
26108 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
26109 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
26110 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
26111 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
26112 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
26113 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
26114 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
26115 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
26116 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
26118 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
26119 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
26120 because conditions often are expressions that cannot safely be
26121 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
26122 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
26123 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
26124 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
26125 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
26126 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
26128 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
26129 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
26130 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
26131 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
26132 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
26133 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
26134 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
26135 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
26136 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
26138 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
26139 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
26141 @noindent
26142 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
26143 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
26144 the associativity and commutativity of the following functions into
26145 account:
26147 @smallexample
26148 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
26149 @end smallexample
26151 For example, the rewrite rule:
26153 @example
26154 a x + b x  :=  (a + b) x
26155 @end example
26157 @noindent
26158 will match formulas of the form,
26160 @example
26161 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
26162 @end example
26164 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
26165 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
26167 @example
26168 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
26169 @end example
26171 @noindent
26172 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
26174 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
26175 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
26176 will take whichever suitable pair it discovers first.
26178 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
26179 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
26180 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
26181 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
26182 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
26183 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
26184 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
26185 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
26187 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
26188 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
26189 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
26190 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
26191 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
26192 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
26193 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
26194 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
26195 from occurring.
26197 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26198 the rule
26200 @example
26201 f(-x)  :=  -f(x)
26202 @end example
26204 @noindent
26205 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26206 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26207 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26208 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26209 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26210 condition is:
26212 @example
26213 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26214 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26215 @end example
26217 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26218 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26220 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26221 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26222 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26223 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26225 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26226 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26227 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26228 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26229 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26230 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26231 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26232 because while few mathematical operations are substantively different
26233 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26234 of multiplication, division, and integer powers separately.
26236 Even more subtle is the rule set
26238 @example
26239 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26240 @end example
26242 @noindent
26243 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26244 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26245 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26246 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26247 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26248 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26249 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26250 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26251 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26252 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26253 rule will have to be added.
26255 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26256 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26257 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26258 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26259 of the above rule for complex numbers would be
26261 @example
26262 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26263 @end example
26265 @noindent
26266 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26267 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26268 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26269 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26270 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26271 conjugate of a real number.)
26273 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26275 @example
26276 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26277 @end example
26279 @noindent
26280 will match the formula
26282 @example
26283 5 (x^2 - 4) + 3 x
26284 @end example
26286 @noindent
26287 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26288 formulas like
26290 @example
26291 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26292 @end example
26294 @noindent
26295 producing, respectively,
26297 @example
26298 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26299 @end example
26301 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26302 have been turned off with @kbd{m O}.)
26304 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26305 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26306 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26307 with @samp{a = -1}.
26309 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26311 @example
26312 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26313 @end example
26315 @noindent
26316 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26318 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26319 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26320 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26321 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26322 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26323 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26324 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26325 for a multiplication, not a division.
26327 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26328 by 1,
26330 @example
26331 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26332 @end example
26334 @noindent
26335 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26336 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26338 @example
26339 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26340 @end example
26342 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26343 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26345 Calc automatically converts a rule like
26347 @example
26348 f(x-1, x)  :=  g(x)
26349 @end example
26351 @noindent
26352 into the form
26354 @example
26355 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26356 @end example
26358 @noindent
26359 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26360 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26361 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26362 respectively, then verifying that they differ by one even though
26363 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26365 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26366 following rule,
26368 @example
26369 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26370 @end example
26372 @noindent
26373 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26374 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26375 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26376 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26377 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26378 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26379 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26381 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26382 You could make this resemble the original form more closely by using
26383 @code{let} notation, which is described in the next section:
26385 @example
26386 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26387 @end example
26389 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26390 which involves only the functions in the following list, operating
26391 only on constants and meta-variables which have already been matched
26392 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26393 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26394 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26395 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26396 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26398 @smallexample
26399 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26400 max min  re im conj arg
26401 @end smallexample
26403 You can suppress all of the special treatments described in this
26404 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26405 This marker causes the function call which is its argument to be
26406 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26407 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26408 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26409 For example,
26411 @example
26412 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26413 @end example
26415 @noindent
26416 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26417 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26418 commutativity and associativity is still considered while matching
26419 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26420 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26421 further and use
26423 @example
26424 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26425 @end example
26427 @noindent
26428 which would do a completely strict match for the pattern.
26430 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26431 function name but also the arguments must be literally the same.
26432 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26434 @example
26435 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26436 @end example
26438 @noindent
26439 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26441 @example
26442 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26443 @end example
26445 @noindent
26446 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26447 effect!
26449 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26450 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26451 in the rule
26453 @example
26454 a + f(b)  :=  f(a + b)
26455 @end example
26457 @noindent
26458 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26459 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26460 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26461 the default simplifications would do this anyway, so this
26462 special simplification is only noticeable if you have turned the
26463 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26464 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26465 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26466 marker on the righthand side:
26468 @example
26469 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26470 @end example
26472 @noindent
26473 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26474 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26475 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26477 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26478 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26480 @noindent
26481 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26482 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26483 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26484 work in the righthand side of a rule.
26486 @ignore
26487 @starindex
26488 @end ignore
26489 @tindex import
26490 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26491 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26492 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26493 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26494 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26495 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26496 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26497 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26498 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26499 @texline @math{v_1},
26500 @infoline @expr{v1}, 
26501 as either a variable name or a function name, replaced with 
26502 @texline @math{x_1}
26503 @infoline @expr{x1} 
26504 and so on.  (If 
26505 @texline @math{v_1}
26506 @infoline @expr{v1} 
26507 is used as a function name, then 
26508 @texline @math{x_1}
26509 @infoline @expr{x1}
26510 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26511 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26512 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26513 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26514 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26516 The special functions allowed in patterns are:
26518 @table @samp
26519 @item quote(x)
26520 @ignore
26521 @starindex
26522 @end ignore
26523 @tindex quote
26524 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26525 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26526 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26527 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26528 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26529 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26530 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26531 as a result in this case.)
26533 @item plain(x)
26534 @ignore
26535 @starindex
26536 @end ignore
26537 @tindex plain
26538 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26539 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26540 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26541 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26542 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26543 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26544 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26545 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26547 @item opt(x,def)
26548 @ignore
26549 @starindex
26550 @end ignore
26551 @tindex opt
26552 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26553 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26554 the argument or element is optional.
26555 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26556 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26557 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26558 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26559 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26560 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26562 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26563 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26564 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26565 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26566 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26567 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26568 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26569 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26570 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26572 @item condition(x,c)
26573 @ignore
26574 @starindex
26575 @end ignore
26576 @tindex condition
26577 @tindex ::
26578 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26579 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26581 @item pand(x,y)
26582 @ignore
26583 @starindex
26584 @end ignore
26585 @tindex pand
26586 @tindex &&&
26587 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26588 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26589 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26591 @item por(x,y)
26592 @ignore
26593 @starindex
26594 @end ignore
26595 @tindex por
26596 @tindex |||
26597 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26598 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26600 @item pnot(x)
26601 @ignore
26602 @starindex
26603 @end ignore
26604 @tindex pnot
26605 @tindex !!!
26606 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26607 It is the same as @samp{!!! x}.
26609 @item cons(h,t)
26610 @ignore
26611 @mindex cons
26612 @end ignore
26613 @tindex cons (rewrites)
26614 This matches any vector of one or more elements.  The first
26615 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26616 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26617 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26618 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26619 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26621 @item rcons(t,h)
26622 @ignore
26623 @mindex rcons
26624 @end ignore
26625 @tindex rcons (rewrites)
26626 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26627 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26628 to @expr{t}.
26630 @item apply(f,args)
26631 @ignore
26632 @mindex apply
26633 @end ignore
26634 @tindex apply (rewrites)
26635 This matches any function call.  The name of the function, in
26636 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26637 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26638 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26639 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26640 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26641 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26642 matches any function call with exactly two arguments, and
26643 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26644 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26645 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26646 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26647 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26648 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26650 @example
26651 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26652    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26653 @end example
26655 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26656 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26657 the rules of a rule set according to top-level function name;
26658 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26659 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26660 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26661 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26663 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26664 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26665 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26667 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26668 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26669 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26670 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26671 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26672 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26673 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26674 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26675 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26676 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26678 @item select(x)
26679 @ignore
26680 @starindex
26681 @end ignore
26682 @tindex select
26683 This is used for applying rules to formulas with selections;
26684 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26685 @end table
26687 Special functions for the righthand sides of rules are:
26689 @table @samp
26690 @item quote(x)
26691 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26692 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26693 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26694 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26695 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26696 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26697 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26698 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26699 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26700 protecting rules from evaluation.)
26702 @item plain(x)
26703 Special properties of and simplifications for the function call
26704 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26705 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26706 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26707 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26708 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26709 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26711 @item cons(h,t)
26712 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26713 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26714 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26715 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26716 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26717 have been turned off.
26719 @item rcons(t,h)
26720 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26721 the vector @expr{t}.
26723 @item apply(f,args)
26724 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26725 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26726 is also a regular Calc function.
26728 @item eval(x)
26729 @ignore
26730 @starindex
26731 @end ignore
26732 @tindex eval
26733 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26734 default simplifications are applied to it even if they have
26735 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26736 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26737 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26738 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26739 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26741 @item evalsimp(x)
26742 @ignore
26743 @starindex
26744 @end ignore
26745 @tindex evalsimp
26746 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26747 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26749 @item evalextsimp(x)
26750 @ignore
26751 @starindex
26752 @end ignore
26753 @tindex evalextsimp
26754 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26755 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26757 @item select(x)
26758 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26759 @end table
26761 There are also some special functions you can use in conditions.
26763 @table @samp
26764 @item let(v := x)
26765 @ignore
26766 @starindex
26767 @end ignore
26768 @tindex let
26769 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26770 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26771 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26772 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26773 of simplification.  The
26774 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26775 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26776 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26777 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26778 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26779 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26780 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26781 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26782 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26783 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26784 an @samp{||} term or otherwise buried.
26786 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26787 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26788 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26789 in the main part of a rewrite rule.
26791 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26792 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26793 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26794 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26795 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26796 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26797 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26798 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26799 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26800 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26801 be bound to @code{ia}.
26803 Here's another example, for integrating cosines of linear
26804 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26805 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26806 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26807 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26808 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26809 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26810 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26811 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26812 rearrangement of the argument of the sine.)
26814 @ignore
26815 @starindex
26816 @end ignore
26817 @tindex ierf
26818 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26819 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26820 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26821 where the first number is the desired solution.  If no solution
26822 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26823 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26825 @example
26826 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26827 @end example
26829 @item matches(v,p)
26830 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26831 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26832 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26833 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26834 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26835 extra feature that meta-variables which are bound to things
26836 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26837 rule.
26839 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26840 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26841 the default simplifications, while the latter does not.
26843 @item remember
26844 @vindex remember
26845 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26846 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26847 the original expression and rewritten expression are added to the
26848 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26849 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26850 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26851 contains any variables.
26853 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26854 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26855 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26856 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26857 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26858 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26860 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26861 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26862 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26863 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26864 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26865 be added to the rule set and will continue to operate even if
26866 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26868 @item remember(c)
26869 @ignore
26870 @starindex
26871 @end ignore
26872 @tindex remember
26873 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26874 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26875 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26876 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26877 @end table
26879 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26880 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26882 @noindent
26883 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26884 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26885 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26886 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26887 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26889 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26890 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26891 the context of rewrite rule patterns.
26893 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26894 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26895 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26896 here is a rule that operates on error forms:
26898 @example
26899 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26900 @end example
26902 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26904 @example
26905 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26906 @end example
26908 @ignore
26909 @starindex
26910 @end ignore
26911 @tindex ends
26912 Here's another interesting example:
26914 @example
26915 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26916 @end example
26918 @noindent
26919 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26920 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26921 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26923 @example
26924 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26925 @end example
26927 @noindent
26928 would do the same thing except that it would fail to match a
26929 one-element vector.
26931 @tex
26932 \bigskip
26933 @end tex
26935 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26936 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26937 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26939 @ignore
26940 @starindex
26941 @end ignore
26942 @tindex curve
26943 A simple example of @samp{|||} is
26945 @example
26946 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26947 @end example
26949 @noindent
26950 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26952 Here is a larger example:
26954 @example
26955 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26956 @end example
26958 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26959 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26960 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26962 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26963 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26965 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26966 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26967 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26968 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26969 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26970 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26971 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26972 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26974 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26975 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26976 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26977 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26979 @example
26980 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26981 @end example
26983 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26984 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26986 @tex
26987 \bigskip
26988 @end tex
26990 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26991 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26992 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26994 For example,
26996 @example
26997 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26998 @end example
27000 @noindent
27001 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
27002 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
27003 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
27005 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
27006 then an equivalent rule would be:
27008 @example
27009 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
27010 @end example
27012 @noindent
27013 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
27014 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
27015 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
27016 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
27017 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
27018 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
27019 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
27021 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
27022 elsewhere in the pattern.  For example,
27024 @example
27025 f(a, !!!a)  :=  g(a)
27026 @end example
27028 @noindent
27029 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
27030 this to @code{g} with only the first argument.
27032 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
27033 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
27034 matched last.  Thus
27036 @example
27037 f(!!!a, a)  :=  g(a)
27038 @end example
27040 @noindent
27041 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
27042 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
27043 first argument of @code{f} first, the results would have been
27044 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
27045 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
27046 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
27048 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
27049 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
27051 @noindent
27052 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
27053 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
27054 to any part of the expression, starting with the whole expression
27055 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
27056 For each part of the expression, the rules are tried in the order
27057 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
27058 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
27059 to the @var{new} part of the rule.
27061 Often, the rule set will match and change the formula several times.
27062 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
27063 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
27064 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
27065 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
27066 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
27067 to match).  This continues until no further matches can be made
27068 anywhere in the formula.
27070 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
27071 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
27072 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
27073 side actually comes out to something different than the original
27074 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
27075 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
27076 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
27077 run forever switching a formula back and forth between the two
27078 forms.
27080 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
27081 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
27082 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
27083 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
27084 halt any Emacs command prematurely.)
27086 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
27087 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
27088 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
27089 rewriting is not what is called for by your application).
27091 @ignore
27092 @starindex
27093 @end ignore
27094 @ignore
27095 @mindex iter@idots
27096 @end ignore
27097 @tindex iterations
27098 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
27099 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
27100 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
27101 number of iterations for this rule set.  You can use
27102 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
27103 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
27104 rule set.
27106 @example
27107 [ iterations(1),
27108   f(x) := f(x+1) ]
27109 @end example
27111 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
27112 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
27113 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
27114 default simplifications, is different from the original sub-formula
27115 that was matched.
27117 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
27119 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
27120 substitute the top-level expression up to that many times, but
27121 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
27123 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
27124 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
27125 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
27126 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
27127 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
27128 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
27129 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
27130 are omitted, 100 is used.
27132 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27133 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
27135 @noindent
27136 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
27137 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
27138 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
27139 phases occur during the rewriting process.
27141 @ignore
27142 @starindex
27143 @end ignore
27144 @tindex phase
27145 @vindex all
27146 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
27147 vector in place of a rule, all rules following that point will be
27148 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
27149 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
27150 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
27151 this is the default at the start of the rule set.
27153 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
27154 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
27155 ascending order.  For example, the rule set
27157 @example
27158 @group
27159 [ f0(x) := g0(x),
27160   phase(1),
27161   f1(x) := g1(x),
27162   phase(2),
27163   f2(x) := g2(x),
27164   phase(3),
27165   f3(x) := g3(x),
27166   phase(1,2),
27167   f4(x) := g4(x) ]
27168 @end group
27169 @end example
27171 @noindent
27172 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
27173 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
27174 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
27175 and @code{f3}.
27177 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
27178 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
27179 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
27180 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
27181 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
27182 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
27183 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
27184 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
27185 100 by default, is reached.)
27187 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
27188 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
27189 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
27190 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
27191 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
27192 in the formula.
27194 @ignore
27195 @starindex
27196 @end ignore
27197 @tindex schedule
27198 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27199 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27200 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27201 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27202 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27203 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27204 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27205 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27206 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27207 moving on to phase 3.
27209 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27210 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27211 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27212 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27213 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27214 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27215 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27216 touches.
27218 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27219 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27220 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27221 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27222 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27223 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27224 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27226 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27227 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27228 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27229 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27230 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27231 spend any time on them while it works on phase 2.
27233 There are also some problems that can only be solved with several
27234 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27235 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27236 command to convert a model expression to linear form.
27237 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27238 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27239 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27240 linear components have been picked out, the final phase includes the
27241 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27242 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27243 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27245 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27246 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27247 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27248 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27249 rules were finished, some components might be put away into vectors
27250 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27251 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27253 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27254 @subsection Selections with Rewrite Rules
27256 @noindent
27257 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27258 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27259 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27260 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27261 specific part of a formula without affecting any other parts.
27263 @kindex j r
27264 @pindex calc-rewrite-selection
27265 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27266 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27267 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27268 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27269 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27270 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27271 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27272 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27274 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27275 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27276 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27277 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27278 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27279 the selected sub-formula should appear.
27281 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27282 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27283 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27284 formula will be unselected.
27286 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27287 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27288 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27289 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27290 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27291 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27292 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27293 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27295 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27296 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27297 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27298 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27300 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27301 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27302 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27303 at stack level 1.)
27305 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27306 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27307 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27308 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27309 target and the rewrite rules).
27311 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27312 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27313 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27314 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27315 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27316 to apply anywhere in the formula.
27318 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27319 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27320 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27321 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27322 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27323 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27324 both with and without selections.
27326 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27327 @subsection Matching Commands
27329 @noindent
27330 @kindex a m
27331 @pindex calc-match
27332 @tindex match
27333 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27334 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27335 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27336 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27337 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27338 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27339 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27340 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27341 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27342 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27343 of the patterns.
27345 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27346 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27348 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27350 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27351 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27352 all the positive vector elements.
27354 @kindex I a m
27355 @tindex matchnot
27356 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27357 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27359 @ignore
27360 @starindex
27361 @end ignore
27362 @tindex matches
27363 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27364 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27365 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27366 conditional clauses of other rewrite rules.
27368 @ignore
27369 @starindex
27370 @end ignore
27371 @tindex vmatches
27372 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27373 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27374 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27375 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27376 If the match fails, the function returns the number 0.
27378 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27379 @subsection Automatic Rewrites
27381 @noindent
27382 @cindex @code{EvalRules} variable
27383 @vindex EvalRules
27384 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27385 results, effectively adding to the built-in set of default
27386 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27387 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27388 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27390 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27391 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27392 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27393 set would be,
27395 @smallexample
27396 @group
27397 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27398   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27399 @end group
27400 @end smallexample
27402 To apply these manually, you could put them in a variable called
27403 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27404 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27405 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27406 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27407 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27408 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27410 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27411 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27412 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27413 Note that this is different from the usual order of application of
27414 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27415 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27416 applies rules from the top down.
27418 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27419 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27421 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27422 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27423 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27424 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27425 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27426 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27427 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27428 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27429 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27430 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27431 or ran too long'' message.
27433 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27434 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27435 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27436 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27437 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27438 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27439 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27440 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27441 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27442 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27443 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27444 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27445 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27447 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27448 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27449 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27450 the default simplifications to simplify the result and compares again
27451 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27452 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27453 same rules will come back into play when the default simplifications
27454 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27455 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27456 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27457 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27458 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27459 the rewrite mechanism itself.)
27461 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27462 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27463 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27464 The rules are always repeated as many times as possible.
27466 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27467 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27468 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27469 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27470 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27471 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27472 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27473 will not work as part of @code{EvalRules}.
27475 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27476 functions directly rather than going through the default simplifications.
27477 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27478 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27479 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27480 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27481 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27482 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27483 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27484 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27485 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27486 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27487 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27488 evaluated exactly to 5.)
27490 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27491 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27492 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27493 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27494 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27495 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27496 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27497 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27498 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27499 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27500 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27501 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27502 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27504 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27505 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27507 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27508 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27509 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27510 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27511 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27512 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27513 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27515 @smallexample
27516 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27517 @end smallexample
27519 @noindent
27520 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27521 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27522 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27523 @emph{every} function call that is simplified.
27525 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27526 @vindex AlgSimpRules
27527 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27528 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27529 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27530 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27531 well as all of its built-in simplifications.
27533 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27534 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27535 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27536 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27537 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27538 default simplifications) until no further changes are possible.
27540 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27541 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27542 @vindex ExtSimpRules
27543 @vindex UnitSimpRules
27544 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27545 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27546 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27547 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27548 only during integration by @kbd{a i}.
27550 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27551 @subsection Debugging Rewrites
27553 @noindent
27554 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27555 record some useful information there as it operates.  The original
27556 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27557 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27558 noted.
27560 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27561 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27563 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27564 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27565 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27566 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27567 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27568 be needlessly slow.
27570 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27571 @subsection Examples of Rewrite Rules
27573 @noindent
27574 Returning to the example of substituting the pattern
27575 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27576 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27577 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27578 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27579 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27580 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27582 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27583 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27584 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27585 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27586 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27587 ignored by the regular @kbd{a r} command
27588 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27590 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27591 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27592 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27593 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27594 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27595 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27596 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27597 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27599 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27600 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27601 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27602 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27603 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27604 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27605 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27606 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27607 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27608 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27610 @cindex Quaternions
27611 The following rule set, contributed by 
27612 @texline Fran\c cois
27613 @infoline Francois
27614 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27615 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27616 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27617 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27618 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27619 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27620 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27621 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27622 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27623 @key{RET}}.
27625 @smallexample
27626 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27627   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27628   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27629   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27630   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27631   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27632   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27633   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27634   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27635      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27636   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27637   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27638   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27639   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27640   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27641                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27642   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27643                :: integer(k) :: k > 2,
27644   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27645 @end smallexample
27647 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27648 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27649 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27650 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27651 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27652 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27653 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27655 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27656 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27657 results in the four-argument form, just append the two items
27658 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27659 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27660 in @code{EvalRules}.)
27662 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27663 @chapter Operating on Units
27665 @noindent
27666 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27667 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27668 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27669 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27670 begin with the @kbd{u} prefix key.
27672 @menu
27673 * Basic Operations on Units::
27674 * The Units Table::
27675 * Predefined Units::
27676 * User-Defined Units::
27677 @end menu
27679 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27680 @section Basic Operations on Units
27682 @noindent
27683 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27684 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27685 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27686 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27687 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27688 where the command applies to all units expressions which appear in the
27689 formula.
27691 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27692 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27693 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27694 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27695 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27696 @pxref{User-Defined Units}.
27698 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27699 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27700 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27701 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27702 representation of one millimeter.
27704 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27705 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27706 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27708 @kindex u s
27709 @pindex calc-simplify-units
27710 @ignore
27711 @mindex usimpl@idots
27712 @end ignore
27713 @tindex usimplify
27714 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27715 simplifies a units
27716 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27717 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27718 features that can be further simplified by converting one object's units
27719 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27720 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27721 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27722 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27723 automatically at all times.
27725 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27726 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27727 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27728 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27729 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27730 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27731 applied to units expressions, in which case
27732 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27733 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27734 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27736 @kindex u c
27737 @pindex calc-convert-units
27738 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27739 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27740 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27741 @samp{24.5872 m/s}.  If you have previously converted a units expression
27742 with the same type of units (in this case, distance over time), you will
27743 be offered the previous choice of new units as a default.  Continuing
27744 the above example, entering the units expression @samp{100 km/hr} and
27745 typing @kbd{u c @key{RET}} (without specifying new units) produces
27746 @samp{27.7777777778 m/s}.
27748 While many of Calc's conversion factors are exact, some are necessarily
27749 approximate.  If Calc is in fraction mode (@pxref{Fraction Mode}), then
27750 unit conversions will try to give exact, rational conversions, but it
27751 isn't always possible.  Given @samp{55 mph} in fraction mode, typing 
27752 @kbd{u c m/s @key{RET}} produces  @samp{15367:625 m/s}, for example, 
27753 while typing @kbd{u c au/yr @key{RET}} produces 
27754 @samp{5.18665819999e-3 au/yr}.
27756 If the units you request are inconsistent with the original units, the
27757 number will be converted into your units times whatever ``remainder''
27758 units are left over.  For example, converting @samp{55 mph} into acres
27759 produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.  (Recall that multiplication binds
27760 more strongly than division in Calc formulas, so the units here are
27761 acres per meter-second.)  Remainder units are expressed in terms of
27762 ``fundamental'' units like @samp{m} and @samp{s}, regardless of the
27763 input units.
27765 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27766 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27767 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27768 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27769 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27770 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27771 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27772 changed to the base unit @samp{m}.
27774 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27775 to gain more control over the units of the result of an expression.
27776 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27777 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27778 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27779 in fathoms, if you preferred!)
27781 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27782 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27783 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27784 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27785 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27786 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27787 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27789 @cindex Composite units
27790 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27791 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27792 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27793 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27794 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27795 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27796 using an integer number times the largest unit, then moves on
27797 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27798 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27799 standard unit names exist for common combinations, such as
27800 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27801 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27802 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27804 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27805 prompt first for the old units which this value should be considered
27806 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27807 give are consistent with each other, the result also will not contain
27808 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}}
27809 converts the number 2 on the stack to 5.08.
27811 @kindex u b
27812 @pindex calc-base-units
27813 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27814 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27815 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27816 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27818 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27819 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27820 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27821 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27823 @kindex u t
27824 @pindex calc-convert-temperature
27825 @cindex Temperature conversion
27826 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27827 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27828 expression with units of temperature only.  This command would convert
27829 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27830 Fahrenheit scale.
27832 @kindex u r
27833 @pindex calc-remove-units
27834 @kindex u x
27835 @pindex calc-extract-units
27836 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27837 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27838 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27839 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27840 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27841 constant 1, then resimplify the formula.
27843 @kindex u a
27844 @pindex calc-autorange-units
27845 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27846 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27847 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27848 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27849 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27850 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27851 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27852 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27853 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27855 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27856 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27857 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27858 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27859 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27860 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27861 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27862 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27863 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27864 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27865 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27866 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27867 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27868 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27869 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27870 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27872 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27873 @section The Units Table
27875 @noindent
27876 @kindex u v
27877 @pindex calc-enter-units-table
27878 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27879 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27880 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27881 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27882 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27883 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27884 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27885 and steradians.
27887 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27888 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27889 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27890 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27891 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27892 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27894 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27895 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27896 argument to @kbd{u v}.
27898 @kindex u V
27899 @pindex calc-view-units-table
27900 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27901 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27902 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27903 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27904 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27905 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27906 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27908 @kindex u g
27909 @pindex calc-get-unit-definition
27910 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27911 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27912 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27913 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27914 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27915 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27916 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27917 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27918 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27920 @kindex u e
27921 @pindex calc-explain-units
27922 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27923 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27924 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27925 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27926 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27927 column of the Units Table.
27929 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27930 @section Predefined Units
27932 @noindent
27933 The definitions of many units have changed over the years.  For example,
27934 the meter was originally defined in 1791 as one ten-millionth of the
27935 distance from the equator to the north pole.  In order to be more
27936 precise, the definition was adjusted several times, and now a meter is
27937 defined as the distance that light will travel in a vacuum in
27938 1/299792458 of a second; consequently, the speed of light in a
27939 vacuum is exactly 299792458 m/s.  Many other units have been
27940 redefined in terms of fundamental physical processes; a second, for
27941 example, is currently defined as 9192631770 periods of a certain
27942 radiation related to the cesium-133 atom.  The only SI unit that is not
27943 based on a fundamental physical process (although there are efforts to
27944 change this) is the kilogram, which was originally defined as the mass
27945 of one liter of water, but is now defined as the mass of the
27946 International Prototype Kilogram (IPK), a cylinder of platinum-iridium
27947 kept at the Bureau International des Poids et Mesures in S@`evres,
27948 France.  (There are several copies of the IPK throughout the world.)
27949 The British imperial units, once defined in terms of physical objects,
27950 were redefined in 1963 in terms of SI units.  The US customary units,
27951 which were the same as British units until the British imperial system
27952 was created in 1824, were also defined in terms of the SI units in 1893.
27953 Because of these redefinitions, conversions between metric, British
27954 Imperial, and US customary units can often be done precisely.
27956 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27957 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27958 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27959 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27960 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27961 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27962 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27963 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27965 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27966 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27967 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27968 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27969 of the various temperature scales.
27971 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27972 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27974 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27975 @tex
27976 for \AA ngstroms.
27977 @end tex
27978 @ifnottex
27979 for Angstroms.
27980 @end ifnottex
27982 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27983 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27984 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27985 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27986 largely due to its use by the PostScript page description language.
27987 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27988 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27989 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27990 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27991 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27992 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27993 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27995 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27996 because algebra command could mistake this for the special constant
27997 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27998 preferable to @code{e}.
28000 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
28001 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
28002 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
28004 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
28005 a metric ton of @samp{1000 kg}.
28007 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
28008 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
28010 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
28011 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
28012 constant.  You can use these just like other units: converting
28013 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
28014 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
28015 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
28016 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
28017 units.
28019 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
28020 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
28021 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
28022 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
28023 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
28024 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
28025 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
28026 really is unitless.)
28028 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
28030 @node User-Defined Units,  , Predefined Units, Units
28031 @section User-Defined Units
28033 @noindent
28034 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
28035 units, as well as ways to define your own new units.
28037 @kindex u 0-9
28038 @pindex calc-quick-units
28039 @vindex Units
28040 @cindex @code{Units} variable
28041 @cindex Quick units
28042 To select your favorite units, store a vector of unit names or
28043 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
28044 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
28045 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
28046 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
28047 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
28048 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
28049 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
28050 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
28051 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
28052 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
28053 to @samp{2.5 ft}.
28055 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
28056 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
28057 variable has no stored value (the default), or if its value is not
28058 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
28059 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
28060 variable; @pxref{Operations on Variables}.
28062 @kindex u d
28063 @pindex calc-define-unit
28064 @cindex User-defined units
28065 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
28066 expression on the top of the stack as the definition for a new,
28067 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
28068 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
28069 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
28070 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
28071 prompted for an optional English description of the unit, which will
28072 appear in the Units Table.  If you wish the definition of this unit to
28073 be displayed in a special way in the Units Table buffer (such as with an
28074 asterisk to indicate an approximate value), then you can call this
28075 command with an argument, @kbd{C-u u d}; you will then also be prompted
28076 for a string that will be used to display the definition.
28078 @kindex u u
28079 @pindex calc-undefine-unit
28080 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
28081 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
28082 however.
28084 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
28085 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
28086 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
28087 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
28088 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
28090 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
28091 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
28092 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
28093 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
28094 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
28095 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
28096 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
28097 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
28098 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
28100 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
28101 possible to create user-defined temperature units.
28103 @kindex u p
28104 @pindex calc-permanent-units
28105 @cindex Calc init file, user-defined units
28106 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
28107 units in your Calc init file (the file given by the variable
28108 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
28109 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
28110 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
28111 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
28112 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
28114 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
28115 @chapter Storing and Recalling
28117 @noindent
28118 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
28119 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
28120 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
28121 to variables use the @kbd{s} prefix key.
28123 @menu
28124 * Storing Variables::
28125 * Recalling Variables::
28126 * Operations on Variables::
28127 * Let Command::
28128 * Evaluates-To Operator::
28129 @end menu
28131 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
28132 @section Storing Variables
28134 @noindent
28135 @kindex s s
28136 @pindex calc-store
28137 @cindex Storing variables
28138 @cindex Quick variables
28139 @vindex q0
28140 @vindex q9
28141 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
28142 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
28143 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
28144 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
28145 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
28147 @kindex s t
28148 @pindex calc-store-into
28149 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
28150 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
28151 value from the stack and stores it in a variable.
28153 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
28154 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
28155 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
28156 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
28157 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
28158 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
28159 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
28160 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
28162 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
28163 assignments with different variables on their lefthand sides; the
28164 default will be to store all the variables with their corresponding
28165 righthand sides simultaneously.
28167 It is also possible to type an equation or assignment directly at
28168 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
28169 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
28170 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
28171 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
28172 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
28174 @kindex s 0-9
28175 @kindex t 0-9
28176 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
28177 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
28178 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
28179 for trail and time/date commands.)
28181 @kindex s +
28182 @kindex s -
28183 @ignore
28184 @mindex @idots
28185 @end ignore
28186 @kindex s *
28187 @ignore
28188 @mindex @null
28189 @end ignore
28190 @kindex s /
28191 @ignore
28192 @mindex @null
28193 @end ignore
28194 @kindex s ^
28195 @ignore
28196 @mindex @null
28197 @end ignore
28198 @kindex s |
28199 @ignore
28200 @mindex @null
28201 @end ignore
28202 @kindex s n
28203 @ignore
28204 @mindex @null
28205 @end ignore
28206 @kindex s &
28207 @ignore
28208 @mindex @null
28209 @end ignore
28210 @kindex s [
28211 @ignore
28212 @mindex @null
28213 @end ignore
28214 @kindex s ]
28215 @pindex calc-store-plus
28216 @pindex calc-store-minus
28217 @pindex calc-store-times
28218 @pindex calc-store-div
28219 @pindex calc-store-power
28220 @pindex calc-store-concat
28221 @pindex calc-store-neg
28222 @pindex calc-store-inv
28223 @pindex calc-store-decr
28224 @pindex calc-store-incr
28225 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28226 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28227 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28228 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28229 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28230 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28232 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28233 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28234 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28235 @w{@kbd{s -}} assigns 
28236 @texline @math{v \coloneq v - a},
28237 @infoline @expr{v := v - a}, 
28238 but @kbd{I s -} assigns
28239 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28240 @infoline @expr{v := a - v}.  
28241 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28242 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28243 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28244 forwards and backwards:
28246 @example
28247 @group
28248 s +        v := v + a          v := a + v
28249 s -        v := v - a          v := a - v
28250 s *        v := v * a          v := a * v
28251 s /        v := v / a          v := a / v
28252 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28253 s |        v := v | a          v := a | v
28254 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28255 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28256 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28257 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28258 @end group
28259 @end example
28261 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28262 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28263 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28264 minus-two minus the variable.
28266 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28267 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28268 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28270 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28271 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28272 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28273 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28274 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28275 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28276 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28278 @kindex s m
28279 @pindex calc-store-map
28280 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28281 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28282 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28283 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28284 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28285 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28286 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28287 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28288 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28289 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28290 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28292 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28293 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28294 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28295 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28296 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28297 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28298 equivalent to @kbd{I s -}.
28300 @kindex s x
28301 @pindex calc-store-exchange
28302 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28303 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28304 variable must already have a stored value for this to work.
28306 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28307 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28308 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28310 @kindex s u
28311 @pindex calc-unstore
28312 @cindex Void variables
28313 @cindex Un-storing variables
28314 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28315 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28316 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28317 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28318 void state.
28320 @kindex s c
28321 @pindex calc-copy-variable
28322 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28323 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28324 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28325 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28326 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28327 current precision.
28329 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28330 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28331 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28332 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28333 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28334 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28335 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28336 normally void).
28338 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28339 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28340 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28341 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28342 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28343 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28344 @kbd{s c}.
28346 @kindex s k
28347 @pindex calc-copy-special-constant
28348 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28349 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
28350 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28351 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28352 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28353 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28354 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28355 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28356 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28357 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28359 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28360 @section Recalling Variables
28362 @noindent
28363 @kindex s r
28364 @pindex calc-recall
28365 @cindex Recalling variables
28366 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28367 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28368 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28369 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28370 an error to try to recall a void variable.
28372 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28373 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28374 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28375 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28376 latter will produce an error message.
28378 @kindex r 0-9
28379 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28380 equivalent to @kbd{s r 9}.
28382 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28383 @section Other Operations on Variables
28385 @noindent
28386 @kindex s e
28387 @pindex calc-edit-variable
28388 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28389 value of a variable without ever putting that value on the stack
28390 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28391 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28392 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28393 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28394 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28395 description of editing.
28397 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28398 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28399 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28400 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28401 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28402 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28403 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28404 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28405 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28406 as a side effect of putting the value on the stack.
28408 @kindex s A
28409 @kindex s D
28410 @ignore
28411 @mindex @idots
28412 @end ignore
28413 @kindex s E
28414 @ignore
28415 @mindex @null
28416 @end ignore
28417 @kindex s F
28418 @ignore
28419 @mindex @null
28420 @end ignore
28421 @kindex s G
28422 @ignore
28423 @mindex @null
28424 @end ignore
28425 @kindex s H
28426 @ignore
28427 @mindex @null
28428 @end ignore
28429 @kindex s I
28430 @ignore
28431 @mindex @null
28432 @end ignore
28433 @kindex s L
28434 @ignore
28435 @mindex @null
28436 @end ignore
28437 @kindex s P
28438 @ignore
28439 @mindex @null
28440 @end ignore
28441 @kindex s R
28442 @ignore
28443 @mindex @null
28444 @end ignore
28445 @kindex s T
28446 @ignore
28447 @mindex @null
28448 @end ignore
28449 @kindex s U
28450 @ignore
28451 @mindex @null
28452 @end ignore
28453 @kindex s X
28454 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28455 @pindex calc-store-Decls
28456 @pindex calc-store-EvalRules
28457 @pindex calc-store-FitRules
28458 @pindex calc-store-GenCount
28459 @pindex calc-store-Holidays
28460 @pindex calc-store-IntegLimit
28461 @pindex calc-store-LineStyles
28462 @pindex calc-store-PointStyles
28463 @pindex calc-store-PlotRejects
28464 @pindex calc-store-TimeZone
28465 @pindex calc-store-Units
28466 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28467 There are several special-purpose variable-editing commands that
28468 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28470 @table @kbd
28471 @item s A
28472 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28473 @item s D
28474 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28475 @item s E
28476 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28477 @item s F
28478 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28479 @item s G
28480 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28481 @item s H
28482 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28483 @item s I
28484 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28485 @item s L
28486 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28487 @item s P
28488 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28489 @item s R
28490 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28491 @item s T
28492 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28493 @item s U
28494 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28495 @item s X
28496 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28497 @end table
28499 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28500 names rather than prompting for the variable name.
28502 @kindex s p
28503 @pindex calc-permanent-variable
28504 @cindex Storing variables
28505 @cindex Permanent variables
28506 @cindex Calc init file, variables
28507 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28508 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28509 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28510 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28511 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28512 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28513 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28514 use a different file for the Calc init file.)
28516 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28517 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28518 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28519 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28520 and @code{PlotRejects};
28521 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28522 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28523 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28524 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28526 @kindex s i
28527 @pindex calc-insert-variables
28528 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28529 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28530 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28531 Lisp @code{setq} commands 
28532 which store the values in string form.  You can place these commands
28533 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28534 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28535 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28536 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28537 stores in a more human-readable format.)
28539 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28540 @section The Let Command
28542 @noindent
28543 @kindex s l
28544 @pindex calc-let
28545 @cindex Variables, temporary assignment
28546 @cindex Temporary assignment to variables
28547 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28548 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28549 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28550 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28552 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28553 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28554 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28555 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28556 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28557 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28558 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28559 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28560 by these commands.
28562 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28563 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28564 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28566 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28567 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28568 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28570 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28571 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28572 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28573 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28574 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28575 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28577 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28578 @section The Evaluates-To Operator
28580 @noindent
28581 @tindex evalto
28582 @tindex =>
28583 @cindex Evaluates-to operator
28584 @cindex @samp{=>} operator
28585 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28586 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28587 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28588 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28589 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28591 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28592 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28593 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28594 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28595 command according to all current modes and stored variable values,
28596 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28598 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28599 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28600 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28602 @kindex s =
28603 @pindex calc-evalto
28604 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28605 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28606 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28607 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28608 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28610 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28611 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28612 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28613 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28614 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28615 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28616 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28617 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28618 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28619 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28620 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28621 make a concise display of all the variables in your problem.
28622 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28623 which provides a slightly different format of display.  You
28624 can use whichever you find easiest to read.)
28626 @kindex m C
28627 @pindex calc-auto-recompute
28628 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28629 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28630 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28631 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28632 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28633 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28634 before you look at the @samp{=>} entries again.
28636 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28637 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28638 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28639 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28640 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28641 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28642 @kbd{j u} to unselect.
28644 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28645 including the current simplification mode.  Recall that the
28646 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28647 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28648 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28649 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28650 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28651 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28652 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28653 Algebraic Simplification mode, the result will be
28654 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28655 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28656 because the righthand side depends only on the lefthand side
28657 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28658 affected by commands like @kbd{a s}.
28660 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28661 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28662 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28663 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28664 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28665 side will temporarily show this value for the variable.  In
28666 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28667 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28668 that the next command that causes Calc to look at those stack
28669 entries will make them revert to the old variable value.
28671 @smallexample
28672 @group
28673 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28674 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28675     .                      .                   .
28677                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28678 @end group
28679 @end smallexample
28681 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28682 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28683 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28684 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28685 operators on the stack to be recomputed without any other
28686 side effects.
28688 @kindex s :
28689 @pindex calc-assign
28690 @tindex assign
28691 @tindex :=
28692 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28693 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28694 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28695 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28696 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28697 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28698 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28699 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28700 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28702 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28703 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28704 treatment to @samp{=>}.
28706 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28707 @chapter Graphics
28709 @noindent
28710 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28711 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28712 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28713 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28714 However, it is free software.   It can be obtained from
28715 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28717 @vindex calc-gnuplot-name
28718 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28719 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable in
28720 your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some
28721 Lisp variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28722 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are using
28723 the X window system or MS-Windows, Calc will configure GNUPLOT for you
28724 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are using a
28725 Unix or GNU system without X, Calc will configure GNUPLOT to display
28726 graphs using simple character graphics that will work on any
28727 Posix-compatible terminal.
28729 @menu
28730 * Basic Graphics::
28731 * Three Dimensional Graphics::
28732 * Managing Curves::
28733 * Graphics Options::
28734 * Devices::
28735 @end menu
28737 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28738 @section Basic Graphics
28740 @noindent
28741 @kindex g f
28742 @pindex calc-graph-fast
28743 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28744 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28745 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28746 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28747 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28748 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28749 commands) and displays the set of data points.  The points will
28750 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28751 to indicate the points themselves.
28753 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28754 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28755 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28757 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28758 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28759 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28761 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28762 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28763 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28764 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28765 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28766 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28767 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28768 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28769 or an interval if ``y'' is a formula.)
28771 @ignore
28772 @starindex
28773 @end ignore
28774 @tindex xy
28775 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28776 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28777 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28778 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28779 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28780 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28781 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28782 will be a circle.
28784 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28785 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28786 variables.
28788 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28789 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28790 be real numbers (integers, fractions, or floats).  One exception to this
28791 is that the ``y'' entry can consist of a vector of numbers combined with
28792 error forms, in which case the points will be plotted with the
28793 appropriate error bars.  Other than this, if either the ``x''
28794 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28795 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28796 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28798 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28799 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28801 @cindex @code{PlotRejects} variable
28802 @vindex PlotRejects
28803 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28804 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28805 this vector for every data point which was rejected because its
28806 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28807 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28808 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28809 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28810 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28811 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28812 @code{PlotRejects}.
28814 @kindex g c
28815 @pindex calc-graph-clear
28816 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28817 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28818 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28819 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28820 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28821 window if there is one.
28823 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28824 @section Three-Dimensional Graphics
28826 @kindex g F
28827 @pindex calc-graph-fast-3d
28828 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28829 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28830 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28832 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28833 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28834 are several options for these values.
28836 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28837 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28838 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28839 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28840 result is a surface plot where 
28841 @texline @math{z_{ij}}
28842 @infoline @expr{z_ij} 
28843 is the height of the point
28844 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28845 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28846 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28847 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28848 description of the @samp{set view} command.
28850 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28851 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28853 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28854 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28855 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28856 of values from the input vectors.
28858 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28859 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28860 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28861 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28862 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28863 3D surface.
28865 @ignore
28866 @starindex
28867 @end ignore
28868 @tindex xyz
28869 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28870 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28871 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28872 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28873 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28874 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28875 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28876 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28877 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28878 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28879 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28880 vectors with more than 5 elements.
28882 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28883 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28884 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28885 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28886 helix (a three-dimensional spiral).
28888 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28889 variables containing the relevant data.
28891 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28892 @section Managing Curves
28894 @noindent
28895 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28896 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28897 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28898 by using these commands directly.
28900 @kindex g a
28901 @pindex calc-graph-add
28902 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28903 represented by the two values on the top of the stack to the current
28904 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28905 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28906 on the same axes.
28908 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28909 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28910 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28911 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28912 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28913 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28914 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28915 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28916 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28917 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28918 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28919 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28920 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28922 @vindex PlotData1
28923 @vindex PlotData2
28924 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28925 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28926 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28927 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28928 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28929 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28930 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28931 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28933 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28934 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28935 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28936 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28937 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28938 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28940 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28941 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28942 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28944 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28945 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28946 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28947 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28948 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28949 they are to look nice on the same graph.)
28951 For example, to plot 
28952 @texline @math{\sin n x}
28953 @infoline @expr{sin(n x)} 
28954 for integers @expr{n}
28955 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28956 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28957 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28958 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28959 command.
28961 @kindex g A
28962 @pindex calc-graph-add-3d
28963 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28964 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28965 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28966 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28967 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28968 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28969 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28970 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28971 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28972 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28974 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28975 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28976 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28977 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28978 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28979 check for this.)
28981 @kindex g d
28982 @pindex calc-graph-delete
28983 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28984 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28985 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28986 it deletes all of the curves from the graph.
28988 @kindex g H
28989 @pindex calc-graph-hide
28990 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28991 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28992 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28993 point styles will be retained.
28995 @kindex g j
28996 @pindex calc-graph-juggle
28997 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28998 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28999 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
29000 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
29001 with any curve in the graph even though curve-related commands only
29002 affect the last curve in the list.
29004 @kindex g p
29005 @pindex calc-graph-plot
29006 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
29007 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
29008 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
29009 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
29010 command are written to a temporary data file and the variable names
29011 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
29012 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
29013 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
29014 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
29016 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
29017 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
29018 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
29019 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
29020 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
29021 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
29022 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
29024 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
29025 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
29026 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
29027 the data points it has computed and saved from previous plots of the
29028 function, and computes and inserts a new data point midway between
29029 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
29030 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
29032 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
29033 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
29034 the current graph is three-dimensional.
29036 @kindex g P
29037 @pindex calc-graph-print
29038 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
29039 except that it sends the output to a printer instead of to the
29040 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
29041 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
29042 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
29043 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
29044 uses a different set of default values.  All of these values are
29045 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
29046 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
29047 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
29048 always plot to the printer.
29050 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
29051 @section Graphics Options
29053 @noindent
29054 @kindex g g
29055 @pindex calc-graph-grid
29056 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
29057 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
29058 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
29059 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
29060 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
29061 of the change you must give another @kbd{g p} command.
29063 @kindex g b
29064 @pindex calc-graph-border
29065 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
29066 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
29067 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
29069 @kindex g k
29070 @pindex calc-graph-key
29071 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
29072 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
29073 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
29074 off by default, and is only really useful if you have several
29075 curves on the same graph.
29077 @kindex g N
29078 @pindex calc-graph-num-points
29079 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
29080 to select the number of data points in the graph.  This only affects
29081 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
29082 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
29083 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
29084 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
29085 a blank line, displays the default number of points used for all
29086 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
29087 With a negative prefix argument, this command changes or displays
29088 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
29089 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
29090 will be computed for the surface.
29092 Data values in the graph of a function are normally computed to a
29093 precision of five digits, regardless of the current precision at the
29094 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
29095 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
29096 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
29097 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
29098 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
29099 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
29100 there is no keystroke-based command to set the precision.
29102 @kindex g h
29103 @pindex calc-graph-header
29104 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
29105 for the graph.  This will show up centered above the graph.
29106 The default title is blank (no title).
29108 @kindex g n
29109 @pindex calc-graph-name
29110 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
29111 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
29112 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
29113 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
29114 the other curves you must first juggle them to the end of the list
29115 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
29116 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
29117 not used.
29119 @kindex g t
29120 @kindex g T
29121 @pindex calc-graph-title-x
29122 @pindex calc-graph-title-y
29123 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
29124 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
29125 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
29126 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
29127 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
29128 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
29129 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
29131 @kindex g r
29132 @kindex g R
29133 @pindex calc-graph-range-x
29134 @pindex calc-graph-range-y
29135 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
29136 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
29137 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
29138 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
29139 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
29140 default behavior of setting the range based on the range of values
29141 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
29142 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
29143 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
29145 @kindex g l
29146 @kindex g L
29147 @pindex calc-graph-log-x
29148 @pindex calc-graph-log-y
29149 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
29150 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
29151 be logarithmic instead of linear.
29153 @kindex g C-l
29154 @kindex g C-r
29155 @kindex g C-t
29156 @pindex calc-graph-log-z
29157 @pindex calc-graph-range-z
29158 @pindex calc-graph-title-z
29159 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
29160 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
29161 for the ``z'' axis.
29163 @kindex g z
29164 @kindex g Z
29165 @pindex calc-graph-zero-x
29166 @pindex calc-graph-zero-y
29167 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
29168 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
29169 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
29170 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
29171 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
29172 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
29173 not available for 3D plots.
29175 @kindex g s
29176 @pindex calc-graph-line-style
29177 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
29178 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
29179 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
29180 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
29181 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
29182 start at one and their meanings vary depending on the output device.
29183 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
29184 available for any device.
29186 @kindex g S
29187 @pindex calc-graph-point-style
29188 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
29189 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
29190 If you turn both lines and points off, the data points will show as
29191 tiny dots.  If the ``y'' values being plotted contain error forms and 
29192 the connecting lines are turned off, then this command will also turn 
29193 the error bars on or off.
29195 @cindex @code{LineStyles} variable
29196 @cindex @code{PointStyles} variable
29197 @vindex LineStyles
29198 @vindex PointStyles
29199 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
29200 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
29201 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
29202 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
29203 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
29204 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
29205 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
29206 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
29207 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
29208 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
29210 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
29211 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
29212 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
29213 still be assigned automatically, but you could store another vector in
29214 @code{PointStyles} to define them, too.
29216 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
29217 @section Graphical Devices
29219 @noindent
29220 @kindex g D
29221 @pindex calc-graph-device
29222 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29223 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29224 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29225 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29226 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29228 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29229 the default device name, used by all plots in the future which do
29230 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29231 blank line this command shows you the current default.  The special
29232 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29233 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29234 @code{DISPLAY} environment variable), @code{windows} on MS-Windows, or
29235 otherwise @code{dumb} under GNUPLOT 3.0 and later, or
29236 @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.  This is the initial default
29237 value.
29239 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29240 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29241 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29242 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29243 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29244 dumb terminals will be 
29245 @texline @math{80\times24}
29246 @infoline 80x24
29247 characters.  The graph is displayed in
29248 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29249 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29250 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29252 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29253 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29254 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29255 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29256 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29257 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29258 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29259 of the four directions.
29261 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29262 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29263 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29264 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29265 plot on any text-only printer.
29267 @kindex g O
29268 @pindex calc-graph-output
29269 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of the
29270 output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11} and
29271 @code{windows}, there is no output file and this information is not
29272 used.  Many other ``devices'' are really file formats like
29273 @code{postscript}; in these cases the output in the desired format
29274 goes into the file you name with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout
29275 @key{RET}} to set GNUPLOT to write to its standard output stream,
29276 i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.  This is the default setting.
29278 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29279 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29280 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29281 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29282 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29283 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29284 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29285 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29286 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29288 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29289 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29290 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29291 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29292 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29293 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29295 The default and printer devices and output files can be saved
29296 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29297 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29298 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29299 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29300 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29302 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29303 @vindex calc-gnuplot-default-device
29304 @vindex calc-gnuplot-default-output
29305 @vindex calc-gnuplot-print-command
29306 @vindex calc-gnuplot-print-device
29307 @vindex calc-gnuplot-print-output
29308 You may wish to configure the default and
29309 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29310 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29311 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29312 file names must be either strings as described above, or Lisp
29313 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29315 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29316 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29317 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29318 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29319 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29320 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29321 to display or print the output.  These variables are customizable
29322 (@pxref{Customizing Calc}).
29324 @kindex g x
29325 @pindex calc-graph-display
29326 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29327 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29328 a blank line to see the current display name.  This command has no
29329 effect unless the current device is @code{x11}.
29331 @kindex g X
29332 @pindex calc-graph-geometry
29333 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29334 command for specifying the position and size of the X window.
29335 The normal value is @code{default}, which generally means your
29336 window manager will let you place the window interactively.
29337 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29338 window in the upper-left corner of the screen.  This command has no
29339 effect if the current device is @code{windows}.
29341 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29342 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29343 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29344 error message has appeared here and display the buffer for you when
29345 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29346 something has gone wrong@footnote{
29347 On MS-Windows, due to the peculiarities of how the Windows version of
29348 GNUPLOT (called @command{wgnuplot}) works, the GNUPLOT responses are
29349 not communicated back to Calc.  Instead, you need to look them up in
29350 the GNUPLOT command window that is displayed as in normal interactive
29351 usage of GNUPLOT.
29354 @kindex g C
29355 @pindex calc-graph-command
29356 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29357 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29358 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29359 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29360 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29362 @kindex g v
29363 @kindex g V
29364 @pindex calc-graph-view-commands
29365 @pindex calc-graph-view-trail
29366 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29367 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29368 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29369 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29370 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29371 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29372 buffer is hidden again.  (Note that on MS-Windows, the @samp{*Gnuplot
29373 Trail*} buffer will usually show nothing of interest, because
29374 GNUPLOT's responses are not communicated back to Calc.)
29376 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29377 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29378 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29379 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29380 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29381 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29382 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29383 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29384 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29385 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29386 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29387 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29388 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29389 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29390 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29391 with @kbd{g p}.
29393 @kindex g q
29394 @pindex calc-graph-quit
29395 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29396 process that is running.  The next graphing command you give will
29397 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29398 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29399 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29400 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29402 @kindex g K
29403 @pindex calc-graph-kill
29404 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29405 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29406 you can see the process being killed.  This is better if you are
29407 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29409 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29410 @chapter Kill and Yank Functions
29412 @noindent
29413 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29414 other Emacs editing buffers.
29416 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29417 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29419 @menu
29420 * Killing From Stack::
29421 * Yanking Into Stack::
29422 * Saving Into Registers::
29423 * Inserting From Registers::
29424 * Grabbing From Buffers::
29425 * Yanking Into Buffers::
29426 * X Cut and Paste::
29427 @end menu
29429 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29430 @section Killing from the Stack
29432 @noindent
29433 @kindex C-k
29434 @pindex calc-kill
29435 @kindex M-k
29436 @pindex calc-copy-as-kill
29437 @kindex C-w
29438 @pindex calc-kill-region
29439 @kindex M-w
29440 @pindex calc-copy-region-as-kill
29441 @kindex M-C-w
29442 @cindex Kill ring
29443 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the ``kill
29444 ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y} command.
29445 Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which kills
29446 one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point, and
29447 @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29448 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too,
29449 although in the Calculator they operate on whole stack entries, so they
29450 ``round up'' the specified region to encompass full lines.  (To copy
29451 only parts of lines, the @kbd{M-C-w} command in the Calculator will copy
29452 the region to the kill ring without any ``rounding up'', just like the
29453 @kbd{M-w} command in normal Emacs.)  Also, @kbd{M-k} has been provided
29454 to complete the set; it puts the current line into the kill ring without
29455 deleting anything.
29457 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29458 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below
29459 the bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.
29460 Otherwise, they operate on whatever stack element the cursor is on.  The
29461 text is copied into the kill ring exactly as it appears on the screen,
29462 including line numbers if they are enabled.
29464 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29465 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29466 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29467 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29468 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29469 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29470 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29471 newline.
29473 @node Yanking Into Stack, Saving Into Registers, Killing From Stack, Kill and Yank
29474 @section Yanking into the Stack
29476 @noindent
29477 @kindex C-y
29478 @pindex calc-yank
29479 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29480 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29481 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29482 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29483 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29484 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29485 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29486 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29487 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29488 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29489 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29490 difference.)
29492 @node Saving Into Registers, Inserting From Registers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29493 @section Saving into Registers
29495 @noindent
29496 @kindex r s
29497 @pindex calc-copy-to-register
29498 @pindex calc-prepend-to-register
29499 @pindex calc-append-to-register
29500 @cindex Registers
29501 An alternative to killing and yanking stack entries is using 
29502 registers in Calc.  Saving stack entries in registers is like
29503 saving text in normal Emacs registers; although, like Calc's kill
29504 commands, register commands always operate on whole stack
29505 entries.
29507 Registers in Calc are places to store stack entries for later use;
29508 each register is indexed by a single character.  To store the current
29509 region (rounded up, of course, to include full stack entries) into a
29510 register, use the command @kbd{r s} (@code{calc-copy-to-register}).
29511 You will then be prompted for a register to use, the next character
29512 you type will be the index for the register.  To store the region in
29513 register @var{r}, the full command will be @kbd{r s @var{r}}.  With an
29514 argument, @kbd{C-u r s @var{r}}, the region being copied to the
29515 register will be deleted from the Calc buffer.
29517 It is possible to add additional stack entries to a register.  The
29518 command @kbd{M-x calc-append-to-register} will prompt for a register,
29519 then add the stack entries in the region to the end of the register
29520 contents. The command @kbd{M-x calc-prepend-to-register} will
29521 similarly prompt for a register and add  the stack entries in the
29522 region to the beginning of the register contents.  Both commands take
29523 @kbd{C-u} arguments, which will cause the region to be deleted after being
29524 added to the register.
29526 @node Inserting From Registers, Grabbing From Buffers, Saving Into Registers, Kill and Yank
29527 @section Inserting from Registers
29528 @noindent
29529 @kindex r i
29530 @pindex calc-insert-register
29531 The command @kbd{r i} (@code{calc-insert-register}) will prompt for a
29532 register, then insert the contents of that register into the
29533 Calculator.  If the contents of the register were placed there from
29534 within Calc, then the full internal structure of the contents will be
29535 inserted into the Calculator, otherwise whatever text is in the
29536 register is reparsed and then inserted into the Calculator.
29538 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Inserting From Registers, Kill and Yank
29539 @section Grabbing from Other Buffers
29541 @noindent
29542 @kindex C-x * g
29543 @pindex calc-grab-region
29544 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29545 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29546 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29547 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29548 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29549 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29550 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29551 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29553 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29554 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29555 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29556 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29557 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29558 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29559 delete given that prefix argument.
29561 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29562 line.
29564 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29565 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29566 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29567 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29568 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29569 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29570 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29571 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29573 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29574 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29576 @kindex C-x * r
29577 @pindex calc-grab-rectangle
29578 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29579 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29580 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29581 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29582 whose contents are parsed.
29584 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29585 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29586 only if every row contains the same number of values.
29588 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29589 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29590 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29591 is ignored.
29593 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29594 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29595 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29596 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29597 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29598 @kbd{C-x * r} command.
29600 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29601 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29602 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29603 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29604 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29605 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29606 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29607 as @samp{[2*a]}.
29609 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29610 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29611 separately as a matrix element.  If a line contained
29612 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29613 would correctly split the line into two error forms.
29615 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29616 constituent rows and columns.  (If it is a 
29617 @texline @math{1\times1}
29618 @infoline 1x1
29619 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29621 @kindex C-x * :
29622 @kindex C-x * _
29623 @pindex calc-grab-sum-across
29624 @pindex calc-grab-sum-down
29625 @cindex Summing rows and columns of data
29626 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29627 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29628 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29629 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29630 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29631 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29632 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29634 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29635 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29636 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29637 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29638 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29640 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29641 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29642 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29643 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29644 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29645 you want to do further arithmetic with it.)
29647 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29648 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29649 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29650 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29651 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29652 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29653 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29655 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29656 @section Yanking into Other Buffers
29658 @noindent
29659 @kindex y
29660 @pindex calc-copy-to-buffer
29661 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29662 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29663 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29664 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29665 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29666 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29667 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29668 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29670 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29671 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29672 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29673 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29674 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29675 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29676 latter strips off the trailing newline.
29678 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29679 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29680 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29681 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29682 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29683 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29684 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29685 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29686 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29687 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29689 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29690 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29691 overwrite the characters following point rather than being inserted
29692 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29693 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29694 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29695 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29696 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29697 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29698 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29699 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29700 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29701 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29702 to overwriting one complete number with another.
29704 @kindex C-x * y
29705 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29706 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29707 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29709 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29710 @section X Cut and Paste
29712 @noindent
29713 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29714 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29715 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29717 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29718 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29719 select the text between the cursor and the clicked location, and
29720 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29721 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29722 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29723 to select a number, vector, or formula from one window, then
29724 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29725 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29726 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29727 new value is always pushed onto the top of the stack.
29729 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29730 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29731 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29732 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29733 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29734 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29735 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29736 in the Calc window.
29738 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29739 @chapter Keypad Mode
29741 @noindent
29742 @kindex C-x * k
29743 @pindex calc-keypad
29744 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29745 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29746 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29747 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29748 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29749 you can type in your file while simultaneously performing
29750 calculations with the mouse.
29752 @pindex full-calc-keypad
29753 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29754 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29755 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29756 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29757 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29759 If you aren't using the X window system, you must switch into
29760 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29761 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29762 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29764 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29765 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29766 keystrokes; all such deviations are described below.
29768 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29769 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29770 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29771 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29772 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29773 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29774 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29775 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29777 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29778 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29779 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29780 original buffer.
29782 @menu
29783 * Keypad Main Menu::
29784 * Keypad Functions Menu::
29785 * Keypad Binary Menu::
29786 * Keypad Vectors Menu::
29787 * Keypad Modes Menu::
29788 @end menu
29790 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29791 @section Main Menu
29793 @smallexample
29794 @group
29795 |----+----+--Calc---+----+----1
29796 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29797 |----+----+----+----+----+----|
29798 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29799 |----+----+----+----+----+----|
29800 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29801 |----+----+----+----+----+----|
29802 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29803 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29804 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29805 |-----+-----+-----+-----+-----|
29806 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29807 |-----+-----+-----+-----+-----|
29808 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29809 |-----+-----+-----+-----+-----|
29810 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29811 |-----+-----+-----+-----+-----+
29812 @end group
29813 @end smallexample
29815 @noindent
29816 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29817 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29818 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29819 screen you will be able to see the top three stack entries.
29821 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29822 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29823 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29824 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29825 or any other function key.
29827 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29828 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29829 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29830 stack.
29832 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29833 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29834 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29835 below and in the following sections.
29837 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29838 duplicates the top entry on the stack.
29840 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29841 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29842 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29844 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29845 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29846 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29847 the stack, then removes that many additional stack elements.
29849 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29850 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29851 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29852 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29853 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29855 The other keys in this display perform their obvious calculator
29856 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29857 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29858 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29860 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29861 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29862 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29863 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29865 @table @kbd
29866 @item INV +/-
29867 is the same as @key{1/x}.
29868 @item INV +
29869 is the same as @key{SQRT}.
29870 @item INV -
29871 is the same as @key{CONJ}.
29872 @item INV *
29873 is the same as @key{y^x}.
29874 @item INV /
29875 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29876 @item HYP/INV 1
29877 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29878 @item HYP/INV 2
29879 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29880 @item HYP/INV 3
29881 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29882 @item INV/HYP 4
29883 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29884 @item INV/HYP 5
29885 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29886 @item INV 6
29887 is the same as @key{ABS}.
29888 @item INV 7
29889 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29890 @item INV 8
29891 is the same as @key{CLN2}.
29892 @item INV 9
29893 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29894 @item INV 0
29895 is the same as @key{IMAG}.
29896 @item INV .
29897 is the same as @key{PREC}.
29898 @item INV ENTER
29899 is the same as @key{SWAP}.
29900 @item HYP ENTER
29901 is the same as @key{RLL3}.
29902 @item INV HYP ENTER
29903 is the same as @key{OVER}.
29904 @item HYP +/-
29905 packs the top two stack entries as an error form.
29906 @item HYP EEX
29907 packs the top two stack entries as a modulo form.
29908 @item INV EEX
29909 creates an interval form; this removes an integer which is one
29910 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29911 by the two limits of the interval.
29912 @end table
29914 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29915 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29916 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29917 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29918 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29919 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29921 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29922 @section Functions Menu
29924 @smallexample
29925 @group
29926 |----+----+----+----+----+----2
29927 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29928 |----+----+----+----+----+----|
29929 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29930 |----+----+----+----+----+----|
29931 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29932 |----+----+----+----+----+----|
29933 @end group
29934 @end smallexample
29936 @noindent
29937 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29938 prefix keys.
29940 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29941 number @expr{i = (0, 1)}.
29943 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29944 extracts the imaginary part.
29946 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29947 a random number greater than or equal to zero but less than that
29948 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29949 again'' command; it computes another random number using the
29950 same limit as last time.
29952 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29954 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29955 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29956 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29958 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29959 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29961 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29962 finds the previous prime.
29964 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29965 @section Binary Menu
29967 @smallexample
29968 @group
29969 |----+----+----+----+----+----3
29970 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29971 |----+----+----+----+----+----|
29972 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29973 |----+----+----+----+----+----|
29974 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29975 |----+----+----+----+----+----|
29976 @end group
29977 @end smallexample
29979 @noindent
29980 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29981 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29982 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29984 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29985 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29987 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29988 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29989 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29990 for entering hexadecimal numbers.
29992 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29993 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29994 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29995 The initial word size is 32 bits.
29997 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29998 @section Vectors Menu
30000 @smallexample
30001 @group
30002 |----+----+----+----+----+----4
30003 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
30004 |----+----+----+----+----+----|
30005 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
30006 |----+----+----+----+----+----|
30007 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
30008 |----+----+----+----+----+----|
30009 @end group
30010 @end smallexample
30012 @noindent
30013 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
30015 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
30016 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
30017 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
30018 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
30019 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
30020 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
30021 rows into a matrix.
30023 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
30024 components separately.
30026 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
30027 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
30028 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
30029 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
30030 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
30032 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
30033 identity matrix.
30035 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
30037 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
30039 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
30040 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
30042 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
30043 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
30044 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
30045 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
30047 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
30048 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
30049 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
30051 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
30052 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
30053 @key{HYP MAX} computes the median.
30055 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
30056 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
30057 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
30058 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
30059 all the elements of a vector.
30061 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
30062 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
30063 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
30064 second-to-top position and matches them to the variables in
30065 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
30066 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
30067 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
30068 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
30069 the formula @samp{x^y}.
30071 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
30072 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
30073 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
30074 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
30075 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
30076 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
30077 @expr{t}, respectively.
30079 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
30080 @section Modes Menu
30082 @smallexample
30083 @group
30084 |----+----+----+----+----+----5
30085 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
30086 |----+----+----+----+----+----|
30087 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
30088 |----+----+----+----+----+----|
30089 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
30090 |----+----+----+----+----+----|
30091 @end group
30092 @end smallexample
30094 @noindent
30095 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
30097 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
30098 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
30099 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
30100 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
30101 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
30103 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
30104 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
30105 well as to the left.
30107 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
30108 for trigonometric functions.
30110 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
30111 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
30112 fractional or floating-point results.
30114 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
30115 polar or rectangular complex numbers are used by default.
30117 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
30118 operations that would produce inexact floating-point results
30119 are left unevaluated as algebraic formulas.
30121 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
30122 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
30124 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
30125 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
30126 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
30127 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
30129 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
30130 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
30131 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
30132 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
30133 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
30135 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
30136 @chapter Embedded Mode
30138 @noindent
30139 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
30140 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
30141 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
30142 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
30144 @menu
30145 * Basic Embedded Mode::
30146 * More About Embedded Mode::
30147 * Assignments in Embedded Mode::
30148 * Mode Settings in Embedded Mode::
30149 * Customizing Embedded Mode::
30150 @end menu
30152 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
30153 @section Basic Embedded Mode
30155 @noindent
30156 @kindex C-x * e
30157 @pindex calc-embedded
30158 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
30159 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
30160 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
30161 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
30162 are visiting your own files.
30164 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
30165 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
30166 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
30167 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
30168 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
30169 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
30170 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
30171 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
30172 These can be overridden with Calc's mode
30173 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
30174 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
30176 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
30177 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
30178 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
30179 understands are:
30181 @enumerate
30182 @item
30183 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
30184 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
30185 @item
30186 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
30187 @item
30188 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
30189 @item
30190 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
30191 @item
30192 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
30193 @end enumerate
30195 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
30196 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
30197 on their own separate lines or in-line with the formula.
30199 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
30200 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
30201 that many lines forward or backward (respectively, including the current
30202 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
30204 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
30205 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
30206 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
30208 @kindex C-x * w
30209 @pindex calc-embedded-word
30210 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
30211 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
30212 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
30213 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
30214 backward to delimit the formula.
30216 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
30217 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
30218 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
30219 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
30220 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
30221 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
30222 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
30223 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
30224 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
30225 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
30226 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
30228 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
30229 formula which is blank, say with the cursor on the space between
30230 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
30231 an algebraic entry.
30233 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
30234 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
30235 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
30236 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
30237 not affected by Embedded mode.
30239 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
30240 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
30241 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
30242 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
30243 find you need to see the entire stack.
30245 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
30246 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
30247 inequality:
30249 @example
30250 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
30251 @end example
30253 @noindent
30254 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
30255 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
30256 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
30257 to match Calc's usual display style:
30259 @example
30260 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
30261 @end example
30263 @noindent
30264 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
30265 in a different formula, one which we have not yet touched with
30266 Embedded mode.
30268 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
30269 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
30270 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
30271 This is a selection-based command for which we first need to
30272 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
30273 needs to be commuted.
30275 @example
30276 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
30277 @end example
30279 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
30280 without actually selecting that window.  Giving this command
30281 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
30282 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
30284 @example
30285 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
30286 @end example
30288 @noindent
30289 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
30290 at this point will exchange the two stack values and restore
30291 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30292 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30293 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30294 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30295 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
30297 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30298 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30299 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30300 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30301 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30302 that happens on the stack is entirely your business as far as
30303 Embedded mode is concerned.
30305 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
30306 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30307 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30308 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30309 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
30310 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30311 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30312 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30313 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30314 you haven't done anything with this formula yet.
30316 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30317 @section More About Embedded Mode
30319 @noindent
30320 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30321 the formula for the first time since the buffer was created or
30322 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30323 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
30324 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
30325 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30326 it is parsed according to the current language mode.
30328 Note that Calc does not change the current language mode according
30329 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
30330 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30331 whatever language mode is in effect.
30333 @tex
30334 \bigskip
30335 @end tex
30337 @kindex d p
30338 @pindex calc-show-plain
30339 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30340 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30341 specify matrix display styles which the parser is unable to
30342 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30343 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30344 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30345 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30346 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30347 version.
30349 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30350 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30351 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30352 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30353 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30354 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
30355 in a comment for those modes, also.  
30356 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30357 formula delimiters. 
30359 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30360 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30361 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30362 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30363 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30364 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30365 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30366 Calc will be able to read your formula later.
30368 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30369 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30370 any digits that are computed but not displayed will simply be
30371 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30372 mode allows you to make sure that the complete number is present
30373 in the file as well as the rounded-down number.
30375 @tex
30376 \bigskip
30377 @end tex
30379 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30380 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30381 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30382 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30383 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30384 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30385 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30386 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30387 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30388 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30389 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30390 ``plain'' mode.
30392 @tex
30393 \bigskip
30394 @end tex
30396 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30397 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30398 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30399 like this in your file (elaborating here on the example from
30400 the ``Getting Started'' chapter):
30402 @smallexample
30403 The derivative of
30405                               ln(ln(x))
30409                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30411 whose value at x = 2 is
30413                             @r{(the value)}
30415 and at x = 3 is
30417                             @r{(the value)}
30418 @end smallexample
30420 @kindex C-x * d
30421 @pindex calc-embedded-duplicate
30422 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30423 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30424 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30425 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30426 Embedded mode is then enabled for that copy.
30428 For this example, you would start with just
30430 @smallexample
30431 The derivative of
30433                               ln(ln(x))
30434 @end smallexample
30436 @noindent
30437 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30440 @smallexample
30441 The derivative of
30443                               ln(ln(x))
30446                               ln(ln(x))
30447 @end smallexample
30449 @noindent
30450 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30451 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30452 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30453 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30454 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30455 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30457 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30458 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30459 various formulas and numbers.
30461 @tex
30462 \bigskip
30463 @end tex
30465 @kindex C-x * f
30466 @kindex C-x * '
30467 @pindex calc-embedded-new-formula
30468 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30469 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30470 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30471 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30472 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30473 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30474 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30475 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30477 @kindex C-x * n
30478 @kindex C-x * p
30479 @pindex calc-embedded-next
30480 @pindex calc-embedded-previous
30481 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30482 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30483 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30484 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30485 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30486 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30487 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30488 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30489 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30490 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30491 formula, they just move the cursor.
30493 @kindex C-x * `
30494 @pindex calc-embedded-edit
30495 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30496 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30497 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30498 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30500 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30501 @section Assignments in Embedded Mode
30503 @noindent
30504 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30505 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30506 a definition in one formula, then refer to that definition in
30507 other formulas embedded in the same buffer.
30509 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30511 @example
30512 foo := 5
30513 @end example
30515 @noindent
30516 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30517 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30518 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30519 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30520 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30522 One way to use this assigned value is simply to create an
30523 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30524 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30525 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30526 is to use @samp{=>} elsewhere:
30528 @example
30529 foo + 7 => 12
30530 @end example
30532 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30534 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30535 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30537 @example
30538 foo := 17
30540 foo + 7 => 24
30541 @end example
30543 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30544 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30545 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30546 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30547 variable @code{foo} becomes unassigned:
30549 @example
30552 foo + 7 => foo + 7
30553 @end example
30555 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30556 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30557 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30558 Subformulas}, to see how this works).
30560 @kindex C-x * j
30561 @pindex calc-embedded-select
30562 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30563 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30564 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30565 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30566 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30567 A formula can also be a combination of both:
30569 @example
30570 bar := foo + 3 => 20
30571 @end example
30573 @noindent
30574 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30576 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30577 mode.
30579 @kindex C-x * u
30580 @pindex calc-embedded-update-formula
30581 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30582 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30583 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30584 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30585 command is a convenient way to do this.
30587 @example
30588 foo := 6
30590 foo + 7 => 13
30591 @end example
30593 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30594 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30595 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30596 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30597 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30598 that formula will not be disturbed.
30600 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30601 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30602 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30603 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30604 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30606 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30607 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30609 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30610 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30611 file.
30613 @kindex C-x * a
30614 @pindex calc-embedded-activate
30615 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30616 through the current buffer and activates all embedded formulas
30617 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30618 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30619 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30620 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30621 changed.
30623 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30624 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30625 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30626 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30627 a few lines that look like this:
30629 @example
30630 --- Local Variables: ---
30631 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30632 --- End: ---
30633 @end example
30635 @noindent
30636 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30637 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30638 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30639 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30640 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30641 trailing strings.
30643 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30644 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30645 section, it does the specified things (in this case, running
30646 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30647 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30648 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30649 page of the file if the file has any page separators.
30650 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30651 Emacs manual}.
30653 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30654 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30655 Generally this should not be a problem, though, because the
30656 formulas will have been up-to-date already when the file was
30657 saved.
30659 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30660 any previous active formulas remain active as well.  With a
30661 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30662 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30663 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30664 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30666 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30667 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30668 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30669 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30670 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30671 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30672 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30673 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30674 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30675 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30676 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30677 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30678 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30679 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30680 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30682 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30683 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30684 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30685 following assignment is used.
30687 @example
30688 x => 1
30690 x := 1
30692 x => 1
30694 x := 2
30696 x => 2
30697 @end example
30699 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30700 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30701 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30702 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30703 but the automatic linkage between assignments and references works
30704 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30706 If there are no assignments to a given variable, the global
30707 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30708 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30709 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30710 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30711 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30712 @pxref{Operations on Variables}.
30714 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30715 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30716 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30717 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30718 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30719 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30720 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30721 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30722 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30723 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30724 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30726 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30727 @section Mode Settings in Embedded Mode
30729 @kindex m e
30730 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30731 @noindent
30732 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30733 by default they will revert to their original values when embedded mode
30734 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30735 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30736 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30737 will be preserved when embedded mode is ended.
30739 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30740 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30741 in the file that specify mode settings either global to the entire
30742 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30743 case, different modes can be specified for use when a formula
30744 is the enabled Embedded mode formula.
30746 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30747 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30748 a line like the following one to the file just before the opening
30749 delimiter of the formula.
30751 @example
30752 % [calc-mode: fractions: t]
30753 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30754 @end example
30756 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30757 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30758 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30759 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30760 the file, or up to a line of the form
30762 @example
30763 % [calc-defaults]
30764 @end example
30766 @noindent
30767 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30768 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30769 ``zone'' of mode settings and another.
30771 If the file contains several annotations for the same mode, the
30772 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30773 formula are never used (except for global annotations, described
30774 below).
30776 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30777 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30778 characters are different for different major modes.  You can edit the
30779 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30780 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30781 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30782 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30783 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30784 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30786 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30787 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30788 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30789 one.
30791 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30792 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30793 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30794 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30795 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30796 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30797 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30798 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30799 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30801 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30802 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30803 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30804 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30805 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30806 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30808 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30809 that look like this, respectively:
30811 @example
30812 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30813 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30814 @end example
30816 The first kind of annotation will be used only while a formula
30817 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30818 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30819 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30820 yet, is not relevant here.)
30822 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30823 of the file:
30825 @example
30826 % [calc-global-mode: fractions t]
30827 @end example
30829 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30830 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30831 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30832 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30833 formulas in the file.
30835 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30836 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30837 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30838 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30839 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30841 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30842 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30843 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30844 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30845 formula has not changed its style to match, even though by the
30846 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30848 @example
30849 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30850 1.23e2
30852 456.
30853 @end example
30855 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30856 on it in order to get it to notice the new annotation.
30858 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30859 which are also available outside of Embedded mode.  
30860 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30861 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30862 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30863 rather than by annotating the current document, and no-recording
30864 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30865 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30866 annotations at all.
30868 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30869 for @code{Save} have no effect.
30871 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30872 @section Customizing Embedded Mode
30874 @noindent
30875 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30876 variables described here.  These variables are customizable 
30877 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30878 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30879 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30880 the end of the file; 
30881 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30882 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30883 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30885 @vindex calc-embedded-open-formula
30886 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30887 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30888 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30889 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30890 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30891 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30892 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30893 regular expression is not completely plain, let's go through it
30894 in detail.
30896 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30897 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30898 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30899 Lisp program.
30901 The most obvious property of this regular expression is that it
30902 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30903 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30904 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30905 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30906 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30907 So the actual regular expression seen by Calc is
30908 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30910 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30911 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30912 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30913 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30914 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30915 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30917 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30918 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30919 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30920 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30921 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30922 one or two dollar signs.
30924 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30925 like this example, with several more alternatives added on to
30926 recognize various other common kinds of delimiters.
30928 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30929 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30930 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30931 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30932 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30933 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30934 must operate on a whole formula including its delimiters.
30936 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30937 But just for your convenience, here is a list of all characters
30938 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30939 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30940 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30941 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30942 account for each of these six backslashes!)
30944 @vindex calc-embedded-close-formula
30945 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30946 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30947 regular expression to match the above example would be
30948 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30949 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30950 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30951 of describing a blank line that is more appropriate for this
30952 case).
30954 @vindex calc-embedded-word-regexp
30955 The @code{calc-embedded-word-regexp} variable holds a regular expression
30956 used to define an expression to look for (a ``word'') when you type
30957 @kbd{C-x * w} to enable Embedded mode.
30959 @vindex calc-embedded-open-plain
30960 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30961 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30962 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30963 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30964 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30965 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30966 be different for certain major modes.
30968 @vindex calc-embedded-close-plain
30969 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30970 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30971 different for different major modes.  Without
30972 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30973 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30975 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30976 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30977 which is inserted at the front of a new formula when you type
30978 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30979 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30980 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30981 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30982 the file.
30984 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30985 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30986 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30987 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30988 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30989 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30990 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30992 @vindex calc-embedded-announce-formula
30993 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30994 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30995 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30996 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30997 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30998 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30999 But if your language includes a delimiter which can only occur
31000 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
31001 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
31002 different for different major modes.
31003 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
31004 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
31005 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
31006 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
31008 @vindex calc-embedded-open-mode
31009 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
31010 regular expression) which should precede a mode annotation.
31011 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
31012 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
31013 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
31014 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
31015 modes. 
31017 @vindex calc-embedded-close-mode
31018 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
31019 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
31020 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
31021 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
31022 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
31024 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
31025 @chapter Programming
31027 @noindent
31028 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
31029 on the nature of the problem you need to solve.
31031 @enumerate
31032 @item
31033 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
31034 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
31035 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
31036 as loops and conditionals.
31038 @item
31039 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
31040 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
31041 as an interactive command.
31043 @item
31044 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
31045 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
31046 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
31047 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
31048 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
31050 @item
31051 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
31052 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
31053 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
31054 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
31055 rewrite rules.
31056 @end enumerate
31058 @kindex z
31059 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
31060 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
31061 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
31062 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
31063 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
31064 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
31065 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
31067 @menu
31068 * Creating User Keys::
31069 * Keyboard Macros::
31070 * Invocation Macros::
31071 * Algebraic Definitions::
31072 * Lisp Definitions::
31073 @end menu
31075 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
31076 @section Creating User Keys
31078 @noindent
31079 @kindex Z D
31080 @pindex calc-user-define
31081 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
31082 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
31083 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
31085 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
31086 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
31087 prompted for the name of the Calculator command that this key should
31088 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
31089 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
31090 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
31091 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
31092 @kbd{z s} to be something else.
31094 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
31095 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
31097 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
31098 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
31099 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
31101 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
31102 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
31103 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
31104 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
31105 of a letter if you wish.
31107 @kindex Z U
31108 @pindex calc-user-undefine
31109 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
31110 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
31111 key we defined above.
31113 @kindex Z P
31114 @pindex calc-user-define-permanent
31115 @cindex Storing user definitions
31116 @cindex Permanent user definitions
31117 @cindex Calc init file, user-defined commands
31118 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
31119 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
31120 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
31121 your Calc init file; that is, the file given by the variable
31122 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
31123 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
31124 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
31125 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
31126 use a different file for the Calc init file.)
31128 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
31129 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
31130 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
31131 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
31132 command will save all of these definitions.
31133 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
31134 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
31135 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
31136 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
31137 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
31138 and if the function has any display formats, those will be saved, but
31139 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
31140 or key bindings associated with the function.) 
31142 @kindex Z E
31143 @pindex calc-user-define-edit
31144 @cindex Editing user definitions
31145 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
31146 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
31147 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
31148 following sections.
31150 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
31151 @section Programming with Keyboard Macros
31153 @noindent
31154 @kindex X
31155 @cindex Programming with keyboard macros
31156 @cindex Keyboard macros
31157 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
31158 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
31159 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
31160 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
31161 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
31162 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
31163 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
31164 information.
31166 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
31167 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
31168 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
31169 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
31170 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
31171 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
31172 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
31173 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
31174 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
31175 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
31176 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
31177 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
31178 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
31180 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
31181 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
31182 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
31183 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
31185 @menu
31186 * Naming Keyboard Macros::
31187 * Conditionals in Macros::
31188 * Loops in Macros::
31189 * Local Values in Macros::
31190 * Queries in Macros::
31191 @end menu
31193 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
31194 @subsection Naming Keyboard Macros
31196 @noindent
31197 @kindex Z K
31198 @pindex calc-user-define-kbd-macro
31199 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
31200 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
31201 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
31202 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
31203 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
31204 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
31205 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
31206 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
31207 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
31208 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
31209 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
31210 descriptive command name if you wish.
31212 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
31213 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
31214 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
31215 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
31217 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
31218 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
31220 @cindex Keyboard macros, editing
31221 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31222 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
31223 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
31224 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
31225 buffer with @kbd{C-x k}.
31226 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
31227 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
31228 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
31229 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
31230 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
31231 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
31232 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
31233 we take it for granted that it is clear we really mean 
31234 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
31236 @kindex C-x * m
31237 @pindex read-kbd-macro
31238 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
31239 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
31240 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
31241 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
31243 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
31244 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
31246 @noindent
31247 @kindex Z [
31248 @kindex Z ]
31249 @pindex calc-kbd-if
31250 @pindex calc-kbd-else
31251 @pindex calc-kbd-else-if
31252 @pindex calc-kbd-end-if
31253 @cindex Conditional structures
31254 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
31255 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
31256 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
31257 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
31258 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
31259 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
31260 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
31262 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
31263 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
31264 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
31265 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
31266 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
31267 command is skipped.
31269 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
31270 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
31271 executed while you are making the definition as well as when you later
31272 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
31273 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
31274 don't get a stack-underflow error during the definition process.
31276 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
31277 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
31279 @kindex Z :
31280 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
31281 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
31282 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
31283 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
31284 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
31285 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
31286 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
31288 @kindex Z |
31289 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
31290 between any number of alternatives.  For example,
31291 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
31292 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
31293 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
31294 it will execute @var{part3}.
31296 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31297 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31298 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31299 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31300 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31301 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31302 does not.
31304 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31305 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31306 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31307 constructs you must be careful that these character pairs do not
31308 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31309 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31310 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31311 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31312 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31314 @kindex Z C-g
31315 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31316 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31317 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31319 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31320 @subsection Loops in Keyboard Macros
31322 @noindent
31323 @kindex Z <
31324 @kindex Z >
31325 @pindex calc-kbd-repeat
31326 @pindex calc-kbd-end-repeat
31327 @cindex Looping structures
31328 @cindex Iterative structures
31329 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31330 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31331 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31332 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31333 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31334 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31335 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31336 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31337 repeat a multiply-by-two step however many times.
31339 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31340 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31341 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31342 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31343 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31344 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31345 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31346 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31347 macro.
31349 @kindex Z /
31350 @pindex calc-break
31351 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31352 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31353 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31354 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31355 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31356 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31357 in the C language.
31359 @kindex Z (
31360 @kindex Z )
31361 @pindex calc-kbd-for
31362 @pindex calc-kbd-end-for
31363 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31364 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31365 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31366 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31367 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31368 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31369 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31370 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31371 counter each time until the loop finishes.
31373 @cindex Summations (by keyboard macros)
31374 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31375 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31376 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31377 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31378 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31379 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31381 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31382 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31383 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31384 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31385 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31386 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31388 @kindex Z @{
31389 @kindex Z @}
31390 @pindex calc-kbd-loop
31391 @pindex calc-kbd-end-loop
31392 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31393 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31394 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31395 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31396 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31397 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31398 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31399 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31400 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31401 this feature.)
31403 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31404 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31405 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31406 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31407 as easily as in a macro definition.
31409 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31410 conditional and looping commands.
31412 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31413 @subsection Local Values in Macros
31415 @noindent
31416 @cindex Local variables
31417 @cindex Restoring saved modes
31418 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31419 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31420 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31421 precision, independent of the user's normal setting for those
31422 modes.
31424 @kindex Z `
31425 @kindex Z '
31426 @pindex calc-kbd-push
31427 @pindex calc-kbd-pop
31428 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31429 local variables inside the macro should not affect any variables
31430 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31431 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31433 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31434 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31435 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31436 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31437 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31439 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31440 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31441 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31442 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31443 in exceptional conditions.
31445 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31446 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31447 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31448 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31449 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31450 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31451 macros were involved.
31453 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31454 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31455 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31456 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31457 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31458 thereof) are also saved.
31460 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31461 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31462 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31463 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31464 for all mode-setting commands inside the macro.
31466 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31467 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31468 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31469 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31470 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31471 outside the construct.
31473 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31474 other settings such as the language mode and the various display modes,
31475 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31477 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31478 @subsection Queries in Keyboard Macros
31480 @c @noindent
31481 @c @kindex Z =
31482 @c @pindex calc-kbd-report
31483 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31484 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31485 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31486 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31487 @c to turn such messages off.
31489 @noindent
31490 @kindex Z #
31491 @pindex calc-kbd-query
31492 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31493 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31494 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31495 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31496 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31497 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31498 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31499 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31500 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31501 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31502 accept numbers or formulas as interactive input.
31504 As an example, 
31505 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31506 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31507 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31508 will not be part of the macro.)
31510 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31511 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31512 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31513 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31514 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31515 return control to the keyboard macro.
31517 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31518 @section Invocation Macros
31520 @kindex C-x * z
31521 @kindex Z I
31522 @pindex calc-user-invocation
31523 @pindex calc-user-define-invocation
31524 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31525 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31526 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31527 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31528 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31529 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31530 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31531 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31533 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31534 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31535 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31536 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31537 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31538 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31540 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31541 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31542 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31543 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31544 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31546 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31547 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31548 @xref{General Mode Commands}.
31550 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31551 @section Programming with Formulas
31553 @noindent
31554 @kindex Z F
31555 @pindex calc-user-define-formula
31556 @cindex Programming with algebraic formulas
31557 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31558 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31559 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31560 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31561 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31562 non-numeric arguments.
31564 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31565 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31566 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31567 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31568 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31569 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31570 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31572 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31573 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31574 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31575 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31577 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31578 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31579 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31580 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31581 This is the name you will use if you want to enter your 
31582 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31583 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31584 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31585 formula @samp{yow(x,y)}.
31587 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31588 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31589 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31590 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31591 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31592 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31593 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31594 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31595 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31596 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31597 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31598 @expr{b=100} in the definition.
31600 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31601 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31602 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31603 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31604 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31605 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31606 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31608 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31609 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31610 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31611 using the argument list @samp{(a b)}.
31613 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31614 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31615 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31616 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31617 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31618 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31619 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31620 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31621 question.
31623 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31624 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31625 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31626 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31628 @kindex Z G
31629 @pindex calc-get-user-defn
31630 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31631 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31632 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31633 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31634 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31635 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31636 by a @kbd{Z F} command.
31638 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31639 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31640 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31641 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31642 @kbd{C-x k} to
31643 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31644 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31645 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31646 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31648 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31649 In this case it will permanently record all three of the relevant
31650 definitions: the key, the command, and the function.
31652 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31653 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31654 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31655 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31656 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31657 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31658 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31659 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31660 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31662 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31663 @section Programming with Lisp
31665 @noindent
31666 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31667 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31668 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31669 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31670 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31671 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31672 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31673 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31674 will not edit a Lisp-based definition.
31676 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31677 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31678 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31679 to program the Calculator.
31681 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31682 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31683 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31684 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31685 for the true Lisp enthusiast.
31687 @menu
31688 * Defining Functions::
31689 * Defining Simple Commands::
31690 * Defining Stack Commands::
31691 * Argument Qualifiers::
31692 * Example Definitions::
31694 * Calling Calc from Your Programs::
31695 * Internals::
31696 @end menu
31698 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31699 @subsection Defining New Functions
31701 @noindent
31702 @findex defmath
31703 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31704 except that code in the body of the definition can make use of the full
31705 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31706 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31707 example,
31709 @example
31710 (defmath myfact (n)
31711   (if (> n 0)
31712       (* n (myfact (1- n)))
31713     1))
31714 @end example
31716 @noindent
31717 This actually expands to the code,
31719 @example
31720 (defun calcFunc-myfact (n)
31721   (if (math-posp n)
31722       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31723     1))
31724 @end example
31726 @noindent
31727 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31729 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31730 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31731 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31732 factorial function would be written along the following lines:
31734 @smallexample
31735 (defmath myfact (n)
31736   (if (> n 0)
31737       (* n (myfact (1- n)))
31738     (if (= n 0)
31739         1
31740       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31741 @end smallexample
31743 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31744 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31745 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31746 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31747 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31748 efficiently as possible.
31750 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31751 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31752 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31753 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31754 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31755 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31757 For other functions @var{func}, if a function by the name
31758 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31759 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31760 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31761 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31762 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31763 always used exactly as written (but not quoted).
31765 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31766 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31767 @code{for}, or @code{foreach} form,
31768 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31769 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31771 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31773 @itemize @bullet
31774 @item
31775 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31776 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31777 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31778 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31779 yields one element of a Calc matrix.
31781 @item
31782 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31783 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31784 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31785 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31786 in which case the effect is to store into the specified
31787 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31788 into one element of a matrix.
31790 @item
31791 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31792 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31793 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31794 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31795 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31796 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31797 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31798 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31799 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31800 that each element of the header is a list of three or four
31801 things, not just two.
31803 @item
31804 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31805 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31806 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31807 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31808 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31810 @item
31811 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31812 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31813 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31814 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31816 @item
31817 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31818 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31819 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31820 inside the body of the function.
31821 @end itemize
31823 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31824 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31825 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31826 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31827 formula can go between the quotes.  For example,
31829 @smallexample
31830 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31831   (and (numberp x)
31832        (exp :"x * 0.5")))
31833 @end smallexample
31835 expands to
31837 @smallexample
31838 (defun calcFunc-sqexp (x)
31839   (and (math-numberp x)
31840        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31841 @end smallexample
31843 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31844 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31845 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31846 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31847 step of @code{myfact} could have been written
31849 @example
31850 :"n * myfact(n-1)"
31851 @end example
31853 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31854 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31855 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31856 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31857 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31858 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31859 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31860 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31861 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31862 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31863 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31865 @example
31866 (put 'calc-define 'thing '(progn
31867  (defmath ... )
31868  (defmath ... )
31870 @end example
31872 @noindent
31873 @vindex calc-define
31874 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31875 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31876 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31877 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31878 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31879 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31880 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31881 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31882 name of your project so as not to conflict with other properties.
31884 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31885 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31886 that same code in another file which you load by hand either before or
31887 after Calc itself is loaded.
31889 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31890 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31891 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31892 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31894 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31895 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31896 call your function, even if the file defining the property is loaded
31897 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31898 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31899 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31900 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31901 protect against this situation, you can put
31903 @example
31904 (run-hooks 'calc-check-defines)
31905 @end example
31907 @findex calc-check-defines
31908 @noindent
31909 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31910 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31911 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31912 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31914 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31915 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31916 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31917 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31919 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31920 @subsection Defining New Simple Commands
31922 @noindent
31923 @findex interactive
31924 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31925 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31926 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31927 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31928 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31929 the command work in the Calc environment.
31931 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31932 for normal Emacs Lisp commands:
31934 @smallexample
31935 (defmath increase-precision (delta)
31936   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31937   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31938   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31939 @end smallexample
31941 This expands to the pair of definitions,
31943 @smallexample
31944 (defun calc-increase-precision (delta)
31945   "Increase precision by DELTA."
31946   (interactive "p")
31947   (calc-wrapper
31948    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31950 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31951   "Increase precision by DELTA."
31952   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31953 @end smallexample
31955 @noindent
31956 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31957 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31958 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31959 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31961 @findex calc-wrapper
31962 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31963 the function with code that looks roughly like this:
31965 @smallexample
31966 (let ((calc-command-flags nil))
31967   (unwind-protect
31968       (save-excursion
31969         (calc-select-buffer)
31970         @emph{body of function}
31971         @emph{renumber stack}
31972         @emph{clear} Working @emph{message})
31973     @emph{realign cursor and window}
31974     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31975     @emph{update Emacs mode line}))
31976 @end smallexample
31978 @findex calc-select-buffer
31979 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31980 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31981 the @samp{*Calc Trail*} window.
31983 @findex calc-set-command-flag
31984 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31985 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31986 following command flags:
31988 @table @code
31989 @item renum-stack
31990 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31991 after this command completes.  This is set by routines like
31992 @code{calc-push}.
31994 @item clear-message
31995 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31996 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31998 @item no-align
31999 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
32001 @item position-point
32002 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
32003 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
32004 this command finishes.
32006 @item keep-flags
32007 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
32008 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
32010 @item do-edit
32011 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
32013 @item hold-trail
32014 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
32015 there.
32016 @end table
32018 @kindex Y
32019 @kindex Y ?
32020 @vindex calc-Y-help-msgs
32021 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
32022 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
32023 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
32024 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
32025 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
32026 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
32027 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
32028 future versions of Calc.
32030 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
32031 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
32032 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
32033 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
32034 stands for your package, then a third key for the particular command
32035 within your package.
32037 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
32038 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
32039 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
32040 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
32041 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
32042 if necessary without having to modify the file.
32044 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
32045 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
32046 decreases the precision.
32048 @smallexample
32049 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
32050 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
32052 (defvar inc-prec-base-key "P"
32053   "Base key for inc-prec.el commands.")
32055 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
32057 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
32058             'increase-precision)
32059 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
32060             'decrease-precision)
32062 (setq calc-Y-help-msgs
32063       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
32064             calc-Y-help-msgs))
32066 (defmath increase-precision (delta)
32067   "Increase precision by DELTA."
32068   (interactive "p")
32069   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
32071 (defmath decrease-precision (delta)
32072   "Decrease precision by DELTA."
32073   (interactive "p")
32074   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
32076 ))  ; end of calc-define property
32078 (run-hooks 'calc-check-defines)
32079 @end smallexample
32081 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
32082 @subsection Defining New Stack-Based Commands
32084 @noindent
32085 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
32086 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
32088 @example
32089 (interactive @var{num} @var{tag})
32090 @end example
32092 @noindent
32093 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
32094 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
32095 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
32096 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
32097 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
32098 parameters is valid.
32100 Your function must return either a number or a formula in a form
32101 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
32102 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
32103 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
32104 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
32105 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
32107 As an example, the definition
32109 @smallexample
32110 (defmath myfact (n)
32111   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32112   (interactive 1 "fact")
32113   (if (> n 0)
32114       (* n (myfact (1- n)))
32115     (and (= n 0) 1)))
32116 @end smallexample
32118 @noindent
32119 is a version of the factorial function shown previously which can be used
32120 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
32122 @smallexample
32123 (defun calc-myfact ()
32124   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32125   (interactive)
32126   (calc-slow-wrapper
32127    (calc-enter-result 1 "fact"
32128      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
32130 (defun calcFunc-myfact (n)
32131   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32132   (if (math-posp n)
32133       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
32134     (and (math-zerop n) 1)))
32135 @end smallexample
32137 @findex calc-slow-wrapper
32138 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
32139 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
32140 computation begins.  (This message can be turned off by the user
32141 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
32143 @findex calc-top-list-n
32144 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
32145 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
32146 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
32147 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
32149 @findex calc-enter-result
32150 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
32151 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
32152 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
32153 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
32154 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
32155 being pushed are also recorded in the trail.
32157 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
32158 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
32159 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
32160 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
32161 containing the single symbol @code{nil}.
32163 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
32164 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
32165 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
32167 @example
32168 (defmath foo (a b &optional c)
32169   (interactive "p" 2 "foo")
32170   @var{body})
32171 @end example
32173 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
32174 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
32175 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
32177 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
32178 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
32179 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
32180 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
32181 arguments to be used when no prefix is supplied.
32183 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
32184 @subsection Argument Qualifiers
32186 @noindent
32187 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
32188 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
32190 @example
32191 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
32192                &optional @var{param} @var{param...}
32193                &rest @var{param})
32194   @var{body})
32195 @end example
32197 @noindent
32198 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
32200 @example
32201 (@var{qual} @var{param})
32202 @end example
32204 The following qualifiers are recognized:
32206 @table @samp
32207 @item complete
32208 @findex complete
32209 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
32210 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
32211 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
32212 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
32214 @item integer
32215 @findex integer
32216 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
32217 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
32218 formulas are rejected.
32220 @item natnum
32221 @findex natnum
32222 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
32224 @item fixnum
32225 @findex fixnum
32226 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
32227 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
32228 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
32230 @item float
32231 @findex float
32232 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
32233 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
32234 actually rejected by this qualifier.)
32236 @item @var{pred}
32237 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
32238 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
32240 @item not-@var{pred}
32241 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
32242 @end table
32244 For example,
32246 @example
32247 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
32248               &rest (integer d))
32249   @var{body})
32250 @end example
32252 @noindent
32253 expands to
32255 @example
32256 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
32257   (and (math-matrixp b)
32258        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
32259   (or (math-constp b)
32260       (math-reject-arg b 'constp))
32261   (and c (setq c (math-check-float c)))
32262   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
32263   @var{body})
32264 @end example
32266 @noindent
32267 which performs the necessary checks and conversions before executing the
32268 body of the function.
32270 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
32271 @subsection Example Definitions
32273 @noindent
32274 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
32275 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
32276 @pxref{Internals}.
32278 @menu
32279 * Bit Counting Example::
32280 * Sine Example::
32281 @end menu
32283 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
32284 @subsubsection Bit-Counting
32286 @noindent
32287 @ignore
32288 @starindex
32289 @end ignore
32290 @tindex bcount
32291 Calc does not include a built-in function for counting the number of
32292 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
32293 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
32294 that set; let's write a function that counts the bits without having to
32295 create an intermediate set.
32297 @smallexample
32298 (defmath bcount ((natnum n))
32299   (interactive 1 "bcnt")
32300   (let ((count 0))
32301     (while (> n 0)
32302       (if (oddp n)
32303           (setq count (1+ count)))
32304       (setq n (lsh n -1)))
32305     count))
32306 @end smallexample
32308 @noindent
32309 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32310 Emacs Lisp function:
32312 @smallexample
32313 (defun calcFunc-bcount (n)
32314   (setq n (math-check-natnum n))
32315   (let ((count 0))
32316     (while (math-posp n)
32317       (if (math-oddp n)
32318           (setq count (math-add count 1)))
32319       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32320     count))
32321 @end smallexample
32323 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32324 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32325 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32326 involve actual division.
32328 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32329 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32330 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32331 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32332 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32334 @smallexample
32335 (defmath bcount ((natnum n))
32336   (interactive 1 "bcnt")
32337   (let ((count 0))
32338     (while (not (fixnump n))
32339       (let ((qr (idivmod n 512)))
32340         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32341               n (car qr))))
32342     (+ count (bcount-fixnum n))))
32344 (defun bcount-fixnum (n)
32345   (let ((count 0))
32346     (while (> n 0)
32347       (setq count (+ count (logand n 1))
32348             n (lsh n -1)))
32349     count))
32350 @end smallexample
32352 @noindent
32353 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32354 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32355 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32356 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32357 uses.
32359 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32360 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32361 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32362 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32363 actually they are less efficient because each operation is really
32364 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32365 same thing with a single division by 512.
32367 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
32368 @subsubsection The Sine Function
32370 @noindent
32371 @ignore
32372 @starindex
32373 @end ignore
32374 @tindex mysin
32375 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32376 well-known Taylor series expansion for 
32377 @texline @math{\sin x}:
32378 @infoline @samp{sin(x)}:
32380 @smallexample
32381 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32382   (interactive 1 "mysn")
32383   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32384   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32385         newsum
32386         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32387         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32388     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32389       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32390       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32391             x (* x xnegsqr)
32392             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32393       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32394           (break))           ;  then we are done.
32395       (setq sum newsum))
32396     sum))
32397 @end smallexample
32399 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32400 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32401 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32402 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32403 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32404 by a separate algorithm.
32406 @smallexample
32407 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32408   (interactive 1 "mysn")
32409   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32410   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32411     (cond ((complexp x)
32412            (mysin-complex x))
32413           ((< x 0)
32414            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32415           (t (mysin-raw x))))))
32417 (defmath mysin-raw (x)
32418   (cond ((>= x 7)
32419          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32420         ((> x (pi-over-2))
32421          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32422         ((> x (pi-over-4))
32423          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32424         ((< x (- (pi-over-4)))
32425          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32426         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32427 @end smallexample
32429 @noindent
32430 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32431 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32432 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32433 @code{mysin-raw} for cosines.
32435 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32436 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32437 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32438 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32439 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32440 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32441 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32442 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32443 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32444 that this rule misses.
32446 If a program is being written for general use, it is important to code
32447 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32448 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32449 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32451 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32452 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32454 @noindent
32455 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32456 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32457 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32458 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32459 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32460 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32461 much simpler to use!
32463 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32464 options, but they all stem from one simple operation.
32466 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32467 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32468 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32470 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32471 functions, you don't need to make any special preparations to load
32472 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32473 loaded and initialized for you.
32475 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32476 evaluating the expression and formatting the result.
32478 @ifinfo
32479 @example
32481 @end example
32482 @end ifinfo
32483 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32485 @noindent
32486 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32487 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32488 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32489 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32491 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32492 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32493 one by one below.
32495 You can give additional arguments to be substituted for
32496 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32497 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32498 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32499 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32500 used as a placeholder for the item-separator argument.
32502 @ifinfo
32503 @example
32505 @end example
32506 @end ifinfo
32507 @subsubsection Error Handling
32509 @noindent
32510 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32511 the character position of the error, plus a suitable message as a
32512 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32513 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32514 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32515 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32517 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32518 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32519 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32520 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32522 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32523 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32524 ignored.
32526 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32527 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32528 it permanently with @code{setq}.
32530 @ifinfo
32531 @example
32533 @end example
32534 @end ifinfo
32535 @subsubsection Numbers Only
32537 @noindent
32538 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32539 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32540 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32541 that are not constants are treated as errors.  The error message
32542 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32543 or otherwise ``Number expected.''
32545 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32546 object that does not include variables or function calls.  If it
32547 is a vector, the components must themselves be constants.
32549 @ifinfo
32550 @example
32552 @end example
32553 @end ifinfo
32554 @subsubsection Default Modes
32556 @noindent
32557 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32558 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32559 various Calc modes to their default values while the formula is
32560 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32561 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32562 mode is used.
32564 This same principle applies to the other options discussed below.
32565 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32566 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32568 If there are other elements in the list, they are taken as
32569 variable-name/value pairs which override the default mode
32570 settings.  Look at the documentation at the front of the
32571 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32572 the various modes.  The mode settings are restored to their
32573 original values when @code{calc-eval} is done.
32575 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32576 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32577 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32578 of the default of 12.
32580 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32581 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32582 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32583 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32584 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32586 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32587 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32588 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32589 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32590 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32591 see ``Predicates'' mode, below.)
32593 @ifinfo
32594 @example
32596 @end example
32597 @end ifinfo
32598 @subsubsection Raw Numbers
32600 @noindent
32601 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32602 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32603 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32604 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32605 from one @code{calc-eval} to the next.
32607 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32608 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32609 how these objects look in the following sections, but usually you can
32610 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32611 structure.
32613 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32614 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32615 an error if that object is not a constant).
32617 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32618 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32619 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32620 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32621 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32622 function in Calc, if you can remember its name.
32624 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32625 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32626 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32627 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32629 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32630 to format it as a string.
32632 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32633 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32634 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32636 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32637 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32638 various kinds of error returns discussed above.
32640 @ifinfo
32641 @example
32643 @end example
32644 @end ifinfo
32645 @subsubsection Predicates
32647 @noindent
32648 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32649 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32650 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32651 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32653 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32654 one value is less than another.
32656 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32657 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32658 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32659 wish to have an error register as ``false'', use something like
32660 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32662 @ifinfo
32663 @example
32665 @end example
32666 @end ifinfo
32667 @subsubsection Variable Values
32669 @noindent
32670 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32671 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32672 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32673 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32674 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32675 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32676 will return @code{"7.14159265359"}.
32678 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32679 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32680 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32681 understand either string or raw form values stored in variables,
32682 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32683 to increment the Calc variable @code{a}:
32685 @example
32686 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32687 @end example
32689 @ifinfo
32690 @example
32692 @end example
32693 @end ifinfo
32694 @subsubsection Stack Access
32696 @noindent
32697 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32698 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32699 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32700 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32701 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32702 usual way).
32704 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32705 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32706 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32707 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32708 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32709 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32710 the stack.
32712 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32713 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32714 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32715 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32716 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32718 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32719 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32720 as a string.
32722 In all of these cases the first argument can be made a list in
32723 order to force the default mode settings, as described above.
32724 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32725 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32726 instead of current display modes, except that the radix is
32727 hexadecimal instead of decimal.
32729 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32730 found it when you are done, unless the user of your program is
32731 actually expecting it to affect the stack.
32733 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32734 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32735 the stack buffer if necessary.
32737 @ifinfo
32738 @example
32740 @end example
32741 @end ifinfo
32742 @subsubsection Keyboard Macros
32744 @noindent
32745 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32746 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32747 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32748 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32749 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32750 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32751 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32753 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32754 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32755 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32756 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32757 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32759 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32760 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32761 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32763 The return value in this case is always @code{nil}.
32765 @ifinfo
32766 @example
32768 @end example
32769 @end ifinfo
32770 @subsubsection Lisp Evaluation
32772 @noindent
32773 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32774 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32775 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32776 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32777 @code{calc-eval}.
32779 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32780 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32781 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32782 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32784 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32785 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32786 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32787 Note that this function will leave a message in the echo area as
32788 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32789 automatically if not invoked from there, so the above call is
32790 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32791 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32792 your original buffer when it is done.
32794 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32795 expression to use default instead of current mode settings.
32797 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32798 returned by the evaluated Lisp expression.
32800 @ifinfo
32801 @example
32803 @end example
32804 @end ifinfo
32805 @subsubsection Example
32807 @noindent
32808 @findex convert-temp
32809 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32810 you have a document with lots of references to temperatures on the
32811 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32812 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32813 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32814 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32815 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32817 @example
32818 (defun convert-temp ()
32819   (interactive)
32820   (save-excursion
32821     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32822     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32823            (bot1 (match-end 1))
32824            (number (buffer-substring top1 bot1))
32825            (top2 (match-beginning 2))
32826            (bot2 (match-end 2))
32827            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32828       (if (equal type "F")
32829           (setq type "C"
32830                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32831         (setq type "F"
32832               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32833       (goto-char top2)
32834       (delete-region top2 bot2)
32835       (insert-before-markers type)
32836       (goto-char top1)
32837       (delete-region top1 bot1)
32838       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32839           (setq number (substring number 0 -1)))
32840       (insert number))))
32841 @end example
32843 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32844 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32845 instead of after it.
32847 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32848 @subsection Calculator Internals
32850 @noindent
32851 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32852 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32853 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32854 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32855 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32856 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32857 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32858 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32860 The functions described here are scattered throughout the various
32861 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32862 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32863 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32864 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32865 in the remaining component files.
32867 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32868 generally always executes with the extensions already loaded, so
32869 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32870 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32871 special, check carefully to make sure each function you are using is
32872 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32873 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32874 prove this file will already be loaded.
32876 @menu
32877 * Data Type Formats::
32878 * Interactive Lisp Functions::
32879 * Stack Lisp Functions::
32880 * Predicates::
32881 * Computational Lisp Functions::
32882 * Vector Lisp Functions::
32883 * Symbolic Lisp Functions::
32884 * Formatting Lisp Functions::
32885 * Hooks::
32886 @end menu
32888 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32889 @subsubsection Data Type Formats
32891 @noindent
32892 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32893 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32894 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32895 which is not a Lisp list.
32897 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32898 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32899 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32900 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32901 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32902 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32903 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32905 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32906 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32907 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32908 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32909 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32910 and large integers are called @dfn{bignums}.
32912 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32913 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32914 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32915 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32916 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32917 are normalized by negating the numerator and denominator.
32919 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32920 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32921 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32922 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32923 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32924 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32925 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32926 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32927 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32928 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32930 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32931 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32932 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32933 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32934 components are converted to real numbers automatically.
32936 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32937 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32938 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32939 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32940 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32941 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32942 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32943 negative real number.)
32945 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32946 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32947 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32948 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32949 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32951 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32952 a real number that counts days since midnight on the morning of
32953 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32954 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32956 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32957 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32958 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32960 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32961 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32962 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32963 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32964 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32965 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32967 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32968 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32969 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32970 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32971 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32972 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32973 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32974 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32975 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32976 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32978 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32979 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32980 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32981 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32982 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32983 generally unused by Calc data structures.
32985 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32986 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32987 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32988 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32989 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32990 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32991 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32992 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32993 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32994 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32995 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32996 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32997 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32998 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32999 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
33000 which represent units are not stored in any special way; they are units
33001 only because their names appear in the units table.  If the value
33002 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
33003 the variable is used.
33005 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
33006 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
33007 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
33008 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
33009 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
33010 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
33011 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
33012 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
33013 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
33014 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
33015 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
33016 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
33017 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
33018 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
33019 object which represents their value, or a list of such objects if they
33020 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
33021 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
33022 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
33023 and is not used by any built-in Calc functions.)
33025 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
33026 @subsubsection Interactive Functions
33028 @noindent
33029 The functions described here are used in implementing interactive Calc
33030 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
33031 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
33032 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
33034 @defun calc-set-command-flag flag
33035 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
33036 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
33037 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
33038 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
33039 @end defun
33041 @defun calc-clear-command-flag flag
33042 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
33043 remove it from that list.
33044 @end defun
33046 @defun calc-record-undo rec
33047 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
33048 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
33049 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
33050 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
33051 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
33052 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
33053 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
33054 contains the variable's value) was stored and its previous value was
33055 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
33056 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
33057 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
33058 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
33059 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
33060 @end defun
33062 @defun calc-record-why msg args
33063 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
33064 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
33065 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
33066 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
33067 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
33068 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
33069 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
33070 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
33071 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
33072 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
33073 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
33074 automatically; @pxref{Predicates}.
33075 @end defun
33077 @defun calc-is-inverse
33078 This predicate returns true if the current command is inverse,
33079 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
33080 @end defun
33082 @defun calc-is-hyperbolic
33083 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
33084 @end defun
33086 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
33087 @subsubsection Stack-Oriented Functions
33089 @noindent
33090 The functions described here perform various operations on the Calc
33091 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
33093 @defun calc-push-list vals n
33094 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
33095 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
33096 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
33097 elements will be inserted into the stack so that the last element will
33098 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
33099 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
33100 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
33101 is an empty list, nothing happens.
33103 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
33104 You can give an optional third argument to this function, which must
33105 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
33106 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
33107 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
33108 @end defun
33110 @defun calc-top-list n m
33111 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
33112 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
33113 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
33114 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
33115 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
33116 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
33117 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
33118 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
33119 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
33120 evaluated, rounded, or renormalized.
33122 If any stack elements contain selections, and selections have not
33123 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
33124 this function returns the selected portions rather than the entire
33125 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
33126 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
33127 a selection in any of the requested stack elements produces an
33128 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
33129 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
33130 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
33131 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
33132 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
33133 list form is returned; the first element of this list will be the whole
33134 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
33135 @end defun
33137 @defun calc-pop-stack n m
33138 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
33139 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
33140 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
33142 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
33143 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
33144 error without changing the stack.  If you supply an optional third
33145 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
33146 contain selections.
33147 @end defun
33149 @defun calc-record-list vals tag
33150 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
33151 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
33152 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
33153 will be used.
33154 @end defun
33156 @defun calc-normalize n
33157 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
33158 least this involves re-rounding floating-point values according to the
33159 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
33160 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
33161 actually evaluating a formula object by executing the function calls
33162 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
33163 @end defun
33165 @defun calc-top-list-n n m
33166 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
33167 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
33168 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
33169 objects will be rejected with an error message.  All computational
33170 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
33171 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
33172 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
33173 This function accepts the same optional selection-mode argument as
33174 @code{calc-top-list}.
33175 @end defun
33177 @defun calc-top-n m
33178 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
33179 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
33180 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
33181 @end defun
33183 @defun calc-enter-result n tag vals
33184 This function is a convenient interface to most of the above functions.
33185 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
33186 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
33187 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
33188 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
33189 A typical stack-based computational command would take the form,
33191 @smallexample
33192 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
33193                                (calc-top-list-n @var{n})))
33194 @end smallexample
33196 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
33197 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
33198 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
33199 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
33200 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
33201 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
33202 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
33203 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
33204 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
33205 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
33206 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
33207 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
33208 are present.
33209 @end defun
33211 @defun calc-unary-op tag func arg
33212 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
33213 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
33214 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
33215 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
33216 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
33218 @smallexample
33219 (defun calc-zeta (arg)
33220   (interactive "P")
33221   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
33222 @end smallexample
33223 @end defun
33225 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
33226 This function implements a binary operator, analogously to
33227 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
33228 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
33229 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
33230 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
33231 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
33232 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
33233 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
33234 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
33235 stack elements; when the argument is negative, the function is
33236 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
33237 top element.
33238 @end defun
33240 @defun calc-stack-size
33241 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
33242 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
33243 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
33244 @end defun
33246 @defun calc-cursor-stack-index n
33247 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
33248 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
33249 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
33250 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
33251 line number, not the stack entry itself.
33252 @end defun
33254 @defun calc-substack-height n
33255 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
33256 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
33257 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
33258 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
33259 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
33260 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
33261 entries.)
33262 @end defun
33264 @defun calc-refresh
33265 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
33266 This must be called after changing any parameter, such as the current
33267 display radix, which might change the appearance of existing stack
33268 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
33269 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
33270 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
33271 @end defun
33273 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
33274 @subsubsection Predicates
33276 @noindent
33277 The functions described here are predicates, that is, they return a
33278 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
33279 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
33280 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
33281 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
33282 the full range of Calc data types.
33284 @defun zerop x
33285 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
33286 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
33287 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
33288 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
33289 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
33290 @end defun
33292 @defun negp x
33293 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
33294 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
33295 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
33296 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
33297 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
33298 @end defun
33300 @defun posp x
33301 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
33302 numbers, none of these three predicates will return true.
33303 @end defun
33305 @defun looks-negp x
33306 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
33307 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
33308 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33309 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33310 @end defun
33312 @defun integerp x
33313 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33314 @end defun
33316 @defun fixnump x
33317 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33318 @end defun
33320 @defun natnump x
33321 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33322 @end defun
33324 @defun fixnatnump x
33325 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33326 @end defun
33328 @defun num-integerp x
33329 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33330 true integer or a float with no significant digits to the right of
33331 the decimal point.
33332 @end defun
33334 @defun messy-integerp x
33335 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33336 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33337 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33338 @end defun
33340 @defun num-natnump x
33341 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33342 @end defun
33344 @defun evenp x
33345 Returns true if @var{x} is an even integer.
33346 @end defun
33348 @defun looks-evenp x
33349 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33350 multiplicative coefficient which is an even integer.
33351 @end defun
33353 @defun oddp x
33354 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33355 @end defun
33357 @defun ratp x
33358 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33359 fraction.
33360 @end defun
33362 @defun realp x
33363 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33364 or floating-point number.
33365 @end defun
33367 @defun anglep x
33368 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33369 @end defun
33371 @defun floatp x
33372 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33373 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33374 is a float.
33375 @end defun
33377 @defun complexp x
33378 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33379 (but not a real number).
33380 @end defun
33382 @defun rect-complexp x
33383 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33384 @end defun
33386 @defun polar-complexp x
33387 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33388 @end defun
33390 @defun numberp x
33391 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33392 @end defun
33394 @defun scalarp x
33395 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33396 @end defun
33398 @defun vectorp x
33399 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33400 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33401 @end defun
33403 @defun numvecp x
33404 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33405 @end defun
33407 @defun matrixp x
33408 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33409 all of the same size.
33410 @end defun
33412 @defun square-matrixp x
33413 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33414 @end defun
33416 @defun objectp x
33417 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33418 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33419 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33420 as their components; see @code{constp} below.)
33421 @end defun
33423 @defun objvecp x
33424 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33425 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33426 mentioned above for @code{objectp}).
33427 @end defun
33429 @defun primp x
33430 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33431 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33432 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33433 and intervals.
33434 @end defun
33436 @defun constp x
33437 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33438 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33439 components are @code{constp}.
33440 @end defun
33442 @defun lessp x y
33443 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33444 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33445 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33446 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33447 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33448 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33449 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33450 @end defun
33452 @defun beforep x y
33453 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33454 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33455 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33456 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33457 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33458 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33459 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33460 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33461 @end defun
33463 @defun equal x y
33464 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33465 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33466 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33467 0 and 0.0 as different.
33468 @end defun
33470 @defun math-equal x y
33471 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33472 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33473 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33474 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33475 @end defun
33477 @defun equal-int x n
33478 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33479 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33480 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33481 whenever possible.
33482 @end defun
33484 @defun nearly-equal x y
33485 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33486 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33487 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33488 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33489 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33490 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33491 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33492 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33493 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33494 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33495 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33496 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33497 @end defun
33499 @defun nearly-zerop x y
33500 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33501 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33502 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33503 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33504 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33505 @var{y} must be real.
33506 @end defun
33508 @defun is-true x
33509 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33510 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33511 or a provably non-zero formula.
33512 @end defun
33514 @defun reject-arg val pred
33515 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33516 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33517 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33518 function call which led here will be left in symbolic form.
33519 @end defun
33521 @defun inexact-value
33522 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33523 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33524 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33525 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33526 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33527 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33528 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33529 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33530 @end defun
33532 @defun overflow
33533 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33534 @end defun
33536 @defun underflow
33537 This signals a floating-point underflow.
33538 @end defun
33540 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33541 @subsubsection Computational Functions
33543 @noindent
33544 The functions described here do the actual computational work of the
33545 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33546 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33547 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33548 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33549 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33550 is the actual Lisp function for taking square roots.
33552 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33553 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33554 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33555 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33556 respectively, instead.
33558 @defun normalize val
33559 (Full form: @code{math-normalize}.)
33560 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33561 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33562 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33563 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33564 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33565 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33566 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33567 return 6.
33569 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33570 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33571 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33572 the formula still in symbolic form.
33574 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33575 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33576 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33577 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33578 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33579 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33580 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33581 on the stack.
33582 @end defun
33584 @defun evaluate-expr expr
33585 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33586 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33587 when you press the @kbd{=} key interactively.
33588 @end defun
33590 @defmac with-extra-prec n body
33591 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33592 digits.  This is a macro which expands to
33594 @smallexample
33595 (math-normalize
33596   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33597     @var{body}))
33598 @end smallexample
33600 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33601 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33602 is important because some arithmetic operations assume a number's
33603 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33604 @end defmac
33606 @defun make-frac n d
33607 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33608 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33609 @end defun
33611 @defun make-float mant exp
33612 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33613 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33614 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33615 if @var{exp} is out of range.
33616 @end defun
33618 @defun make-sdev x sigma
33619 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33620 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33621 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33622 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33623 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33624 @end defun
33626 @defun make-intv mask lo hi
33627 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33628 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33629 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33630 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33631 @end defun
33633 @defun sort-intv mask lo hi
33634 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33635 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33636 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33637 @end defun
33639 @defun make-mod n m
33640 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33641 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33642 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33643 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33644 @end defun
33646 @defun float x
33647 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33648 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33649 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33650 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33651 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33652 @end defun
33654 @defun compare x y
33655 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33656 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33657 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33658 undefined or cannot be determined.
33659 @end defun
33661 @defun numdigs n
33662 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33663 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33664 considered to have zero digits.
33665 @end defun
33667 @defun scale-int x n
33668 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33669 digits with truncation toward zero.
33670 @end defun
33672 @defun scale-rounding x n
33673 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33674 integer rather than truncating.
33675 @end defun
33677 @defun fixnum n
33678 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33679 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33680 24 binary bits) the result is undefined.
33681 @end defun
33683 @defun sqr x
33684 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33685 @end defun
33687 @defun quotient x y
33688 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33689 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33690 direction of rounding is undefined.
33691 @end defun
33693 @defun idiv x y
33694 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33695 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33696 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33697 slower than for @code{quotient}.
33698 @end defun
33700 @defun imod x y
33701 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33702 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33703 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33704 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33705 @end defun
33707 @defun idivmod x y
33708 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33709 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33710 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33711 @end defun
33713 @defun pow x y
33714 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33715 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33716 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33717 @end defun
33719 @defun abs-approx x
33720 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33721 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33722 the absolute values of the components.
33723 @end defun
33725 @findex e
33726 @findex gamma-const
33727 @findex ln-2
33728 @findex ln-10
33729 @findex phi
33730 @findex pi-over-2
33731 @findex pi-over-4
33732 @findex pi-over-180
33733 @findex sqrt-two-pi
33734 @findex sqrt-e
33735 @findex two-pi
33736 @defun pi
33737 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33738 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33739 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33740 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33741 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33742 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33743 first are essentially free.
33744 @end defun
33746 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33747 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33748 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33749 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33750 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33751 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33752 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33753 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33754 with the current precision increased by four, and the result minus its
33755 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33756 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33757 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33758 again to 30 digits for use in the present request.
33759 @end defmac
33761 @findex half-circle
33762 @findex quarter-circle
33763 @defun full-circle symb
33764 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33765 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33766 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33767 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33768 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33769 @end defun
33771 @defun power-of-2 n
33772 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33773 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33774 particular @var{n} is expensive.
33775 @end defun
33777 @defun integer-log2 n
33778 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33779 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33780 return @code{nil}.
33781 @end defun
33783 @defun div-mod a b m
33784 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33785 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33786 @end defun
33788 @defun pow-mod a b m
33789 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33790 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33791 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33792 @end defun
33794 @defun isqrt n
33795 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33796 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33797 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33798 @end defun
33800 @defun to-hms a ang
33801 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33802 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33803 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33804 is already an HMS form it is returned as-is.
33805 @end defun
33807 @defun from-hms a ang
33808 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33809 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33810 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33811 is returned as-is.
33812 @end defun
33814 @defun to-radians a
33815 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33816 angular mode.
33817 @end defun
33819 @defun from-radians a
33820 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33821 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33822 @end defun
33824 @defun to-radians-2 a
33825 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33826 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33827 @end defun
33829 @defun from-radians-2 a
33830 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33831 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33832 @end defun
33834 @defun random-digit
33835 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33836 @end defun
33838 @defun random-digits n
33839 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33840 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33841 @end defun
33843 @defun random-float
33844 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33845 @end defun
33847 @defun prime-test n iters
33848 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33849 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33850 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33851 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33852 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33853 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33854 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33855 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33856 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33857 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33858 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33859 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33860 @code{prime-test} remembers where it left off.
33861 @end defun
33863 @defun to-simple-fraction f
33864 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33865 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33866 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33867 fast.
33868 @end defun
33870 @defun to-fraction f tol
33871 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33872 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33873 function @code{frac}, and can be rather slow.
33874 @end defun
33876 @defun quarter-integer n
33877 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33878 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33879 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33880 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33881 returns @code{nil}.
33882 @end defun
33884 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33885 @subsubsection Vector Functions
33887 @noindent
33888 The functions described here perform various operations on vectors and
33889 matrices.
33891 @defun math-concat x y
33892 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33893 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33894 @end defun
33896 @defun vec-length v
33897 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33898 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33899 rows in the matrix.
33900 @end defun
33902 @defun mat-dimens m
33903 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33904 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33905 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33906 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33907 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33908 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33909 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33910 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33911 elements.
33912 @end defun
33914 @defun dimension-error
33915 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33916 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33917 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33918 @end defun
33920 @defun build-vector args
33921 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33922 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33923 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33924 @end defun
33926 @defun make-vec obj dims
33927 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33928 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33929 filled with 27's.
33930 @end defun
33932 @defun row-matrix v
33933 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33934 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33935 leave it alone.
33936 @end defun
33938 @defun col-matrix v
33939 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33940 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33941 already a matrix, leave it alone.
33942 @end defun
33944 @defun map-vec f v
33945 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33946 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33947 of vector @var{v}.
33948 @end defun
33950 @defun map-vec-2 f a b
33951 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33952 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33953 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33954 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33955 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33956 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33957 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33958 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33959 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33960 @end defun
33962 @defun reduce-vec f v
33963 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33964 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33965 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33966 @end defun
33968 @defun reduce-cols f m
33969 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33970 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33971 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33972 @end defun
33974 @defun mat-row m n
33975 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33976 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33977 (@xref{Extracting Elements}.)
33978 @end defun
33980 @defun mat-col m n
33981 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33982 The arguments are not checked for correctness.
33983 @end defun
33985 @defun mat-less-row m n
33986 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33987 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33988 @end defun
33990 @defun mat-less-col m n
33991 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33992 @end defun
33994 @defun transpose m
33995 Return the transpose of matrix @var{m}.
33996 @end defun
33998 @defun flatten-vector v
33999 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
34000 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
34001 @end defun
34003 @defun copy-matrix m
34004 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
34005 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
34006 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
34007 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
34008 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
34009 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
34010 @end defun
34012 @defun swap-rows m r1 r2
34013 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
34014 other words, unlike most of the other functions described here, this
34015 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
34016 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
34017 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
34018 @var{m}.
34019 @end defun
34021 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
34022 @subsubsection Symbolic Functions
34024 @noindent
34025 The functions described here operate on symbolic formulas in the
34026 Calculator.
34028 @defun calc-prepare-selection num
34029 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
34030 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
34031 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
34032 useful information about the current stack entry into a set of
34033 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
34034 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
34035 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
34036 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
34037 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
34038 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
34039 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
34040 their corresponding sub-formulas.
34042 A slight complication arises in the selection mechanism because
34043 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
34044 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
34045 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
34046 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
34047 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
34048 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
34049 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
34050 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
34051 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
34052 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
34053 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
34054 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
34055 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
34056 @end defun
34058 @defun calc-encase-atoms x
34059 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
34060 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
34061 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
34062 the formula in-place.
34063 @end defun
34065 @defun calc-find-selected-part
34066 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
34067 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
34068 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
34069 formula, this returns @code{nil}.
34070 @end defun
34072 @defun calc-change-current-selection selection
34073 Change the currently prepared stack element's selection to
34074 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
34075 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
34076 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
34077 to reflect the new selection.
34078 @end defun
34080 @defun calc-find-nth-part expr n
34081 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
34082 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
34083 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
34084 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
34085 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
34086 @end defun
34088 @defun calc-find-parent-formula expr part
34089 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
34090 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
34091 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
34092 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
34093 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
34094 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
34095 This function does not take associativity into account.
34096 @end defun
34098 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
34099 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
34100 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
34101 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
34102 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
34103 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
34104 return the whole expression.
34105 @end defun
34107 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
34108 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
34109 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
34110 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
34111 has been used, this simply returns @var{part}.
34112 @end defun
34114 @defun calc-find-sub-formula expr part
34115 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
34116 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
34117 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
34118 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
34119 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
34120 function does not take associativity into account.
34121 @end defun
34123 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
34124 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
34125 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
34126 @end defun
34128 @defun simplify expr
34129 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
34130 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
34131 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
34132 to remains unchanged in memory.
34134 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
34135 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
34136 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
34137 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
34138 each level, any simplifications that can be made are made until no
34139 further changes are possible.  Once the entire formula has been
34140 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
34141 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
34142 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
34143 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
34144 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
34145 further simplifications were possible.
34146 @end defun
34148 @defun simplify-extended expr
34149 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
34150 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
34151 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
34152 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
34153 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
34154 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
34155 Dangerous simplification rules are written to check this variable
34156 before taking any action.
34157 @end defun
34159 @defun simplify-units expr
34160 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
34161 whenever possible.  This works by binding the variable
34162 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
34163 @end defun
34165 @defmac math-defsimplify funcs body
34166 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
34167 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
34168 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
34169 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
34170 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
34171 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
34172 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
34173 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
34174 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
34175 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
34176 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
34177 If the function body returns something different, that new formula is
34178 substituted for @var{expr} in the original formula.
34180 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
34181 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
34182 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
34183 function will not have a chance to trigger until the next iteration
34184 of the main @code{simplify} loop.
34186 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
34187 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
34188 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
34189 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
34191 The arguments of a function call will already have been simplified
34192 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
34193 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
34194 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
34195 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
34197 @smallexample
34198 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
34199   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
34200            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
34201                            (math-neg (nth 1 expr)))))
34202       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
34203            (or math-living-dangerously
34204                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
34205            (nth 1 (nth 1 expr)))))
34206 @end smallexample
34208 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
34209 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
34210 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
34211 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
34212 @end defmac
34214 @defun common-constant-factor expr
34215 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
34216 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
34217 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
34218 3 is a common factor of all the terms.
34219 @end defun
34221 @defun cancel-common-factor expr factor
34222 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
34223 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
34224 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
34225 it is being used by a simplification rule (where such things are
34226 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
34227 square roots:
34229 @smallexample
34230 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
34231   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
34232     (and fac (not (eq fac 1))
34233          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
34234                    (math-normalize
34235                     (list 'calcFunc-sqrt
34236                           (math-cancel-common-factor
34237                            (nth 1 expr) fac)))))))
34238 @end smallexample
34239 @end defun
34241 @defun frac-gcd a b
34242 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
34243 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
34244 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
34245 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
34246 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
34247 @end defun
34249 @defun map-tree func expr many
34250 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
34251 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
34252 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
34253 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
34254 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
34255 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
34256 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
34257 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
34258 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
34259 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
34260 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
34261 default, as described above, is infinitely many times.
34262 @end defun
34264 @defun compile-rewrites rules
34265 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
34266 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
34267 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
34268 for that same variable can return immediately.  If there are problems
34269 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
34270 message.
34271 @end defun
34273 @defun apply-rewrites expr crules heads
34274 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
34275 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
34276 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
34277 matched, or if the only rules that matched did not actually change
34278 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
34279 it should be a list of all function names that (may) appear in
34280 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
34281 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
34282 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
34283 down to just a few rules in the rule set.
34284 @end defun
34286 @defun rewrite-heads expr
34287 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
34288 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
34289 @end defun
34291 @defun rewrite expr rules many
34292 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
34293 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
34294 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
34295 times.
34296 @end defun
34298 @defun match-patterns pat vec not-flag
34299 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
34300 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
34301 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
34302 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
34303 @end defun
34305 @defun deriv expr var value symb
34306 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
34307 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
34308 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
34309 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
34310 functions for which no derivative formula is known, new derivative
34311 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34312 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
34313 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34314 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34316 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34317 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34318 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34319 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34320 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34321 original function call that is being differentiated.  It should return
34322 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34323 is defined by
34325 @smallexample
34326 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34327      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34328 @end smallexample
34330 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34331 @smallexample
34332 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34333      (function (lambda (x b) ... )))
34334 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34335      (function (lambda (x b) ... )))
34336 @end smallexample
34337 @end defun
34339 @defun tderiv expr var value symb
34340 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34341 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34342 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34343 @end defun
34345 @defun integ expr var low high
34346 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34347 @xref{Calculus}, for further details.
34348 @end defun
34350 @defmac math-defintegral funcs body
34351 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34352 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34353 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34354 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34355 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34356 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34357 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34358 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34359 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34360 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34362 @smallexample
34363 (math-defintegral calcFunc-conj
34364   (let ((int (math-integral u)))
34365     (and int
34366          (list 'calcFunc-conj int))))
34368 (math-defintegral calcFunc-cos
34369   (and (equal u math-integ-var)
34370        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34371 @end smallexample
34373 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34374 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34375 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34376 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34377 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34378 result.
34379 @end defmac
34381 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34382 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34383 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34384 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34385 @var{v}.
34386 @end defmac
34388 @defun solve-for lhs rhs var full
34389 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34390 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34391 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34392 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34393 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34394 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34395 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34396 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34397 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34398 as properties in a manner similar to derivatives:
34400 @smallexample
34401 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34402      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34403 @end smallexample
34405 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34406 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34407 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34408 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34409 if the caller requested a non-``full'' solution.
34410 @end defun
34412 @defun solve-eqn expr var full
34413 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34414 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34415 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34416 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34417 @end defun
34419 @defun solve-system exprs vars full
34420 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34421 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34422 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34423 @end defun
34425 @defun expr-contains expr var
34426 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34427 of @var{expr}.
34429 This function might seem at first to be identical to
34430 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34431 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34432 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34433 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34434 @code{eq} to each other.
34435 @end defun
34437 @defun expr-contains-count expr var
34438 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34439 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34440 @end defun
34442 @defun expr-depends expr var
34443 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34444 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34445 in common.
34446 @end defun
34448 @defun expr-contains-vars expr
34449 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34450 contains only constants and functions with constant arguments.
34451 @end defun
34453 @defun expr-subst expr old new
34454 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34455 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34456 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34457 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34458 @end defun
34460 @defun multi-subst expr old new
34461 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34462 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34463 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34464 are ignored.
34465 @end defun
34467 @defun expr-weight expr
34468 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34469 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34470 ``primitive'' objects, this will be one.
34471 @end defun
34473 @defun expr-height expr
34474 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34475 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34476 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34477 @end defun
34479 @defun polynomial-p expr var
34480 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34481 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34482 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34483 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34484 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34485 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34486 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34487 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34488 a polynomial of degree 0.
34489 @end defun
34491 @defun is-polynomial expr var degree loose
34492 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34493 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34494 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34495 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34496 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34497 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34498 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34499 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34500 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34501 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34502 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34503 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34504 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34505 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34506 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34507 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34508 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34509 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34510 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34511 @end defun
34513 @defun polynomial-base expr pred
34514 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34515 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34516 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34517 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34518 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34519 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34520 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34521 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34522 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34523 is found.
34524 @end defun
34526 @defun poly-simplify poly
34527 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34528 clipping off trailing zeros.
34529 @end defun
34531 @defun poly-mix a ac b bc
34532 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34533 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34534 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34535 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34536 @end defun
34538 @defun poly-mul a b
34539 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34540 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34541 @end defun
34543 @defun build-polynomial-expr poly var
34544 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34545 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34546 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34547 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34548 to turn the list back into an expression in regular form.
34549 @end defun
34551 @defun check-unit-name var
34552 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34553 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34554 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34555 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34556 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34557 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34558 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34559 @end defun
34561 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34562 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34563 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34564 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34565 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34566 @end defun
34568 @defun single-units-in-expr-p expr
34569 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34570 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34571 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34572 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34573 @end defun
34575 @defun to-standard-units expr which
34576 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34577 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34578 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34579 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34580 is an expression to substitute for it.
34581 @end defun
34583 @defun remove-units expr
34584 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34585 This expression is generally normalized before use.
34586 @end defun
34588 @defun extract-units expr
34589 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34590 by ones.
34591 @end defun
34593 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34594 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34596 @noindent
34597 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34598 Calc numbers and formulas.
34600 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34601 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34602 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34603 @end defun
34605 @defun read-number str
34606 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34607 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34608 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34609 @end defun
34611 @defun read-expr str
34612 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34613 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34614 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34615 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34616 a string describing the problem.
34617 @end defun
34619 @defun read-exprs str
34620 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34621 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34622 shown above is returned instead.
34623 @end defun
34625 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34626 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34627 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34628 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34629 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34630 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34631 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34632 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34633 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34634 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34635 @code{calc-normalize} first.
34637 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34638 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34639 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34640 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34641 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34642 that actually appeared in the input.
34643 @end defun
34645 @defun format-number a
34646 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34647 @end defun
34649 @defun format-flat-expr a prec
34650 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34651 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34652 This is a simple format designed
34653 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34654 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34655 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34656 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34657 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34658 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34659 @end defun
34661 @defun format-nice-expr a width
34662 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34663 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34664 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34665 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34666 command uses this when only one stack entry is being edited.
34667 @end defun
34669 @defun format-value a width
34670 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34671 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34672 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34673 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34674 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34675 parameter, if given, is the target window size for which to format
34676 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34677 window is used.
34678 @end defun
34680 @defun compose-expr a prec
34681 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34682 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34683 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34684 You can specify the format of a given type of function call by putting
34685 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34686 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34687 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34688 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34689 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34690 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34691 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34692 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34693 normal function-call notation for that language.
34694 @end defun
34696 @defun composition-to-string c w
34697 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34698 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34699 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34700 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34701 followed by @code{composition-to-string}.
34702 @end defun
34704 @defun comp-width c
34705 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34706 @end defun
34708 @defun comp-height c
34709 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34710 @end defun
34712 @defun comp-ascent c
34713 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34714 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34715 @end defun
34717 @defun comp-descent c
34718 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34719 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34720 @end defun
34722 @defun comp-first-char c
34723 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34724 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34725 return @code{nil}.
34726 @end defun
34728 @defun comp-last-char c
34729 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34730 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34731 @end defun
34733 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34734 @comment @subsubsection Lisp Variables
34735 @comment
34736 @comment @noindent
34737 @comment (This section is currently unfinished.)
34739 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
34740 @subsubsection Hooks
34742 @noindent
34743 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34744 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34745 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34746 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34747 other customization-related variables are also described here.
34749 @defvar calc-load-hook
34750 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34751 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34752 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34753 @end defvar
34755 @defvar calc-ext-load-hook
34756 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34757 @end defvar
34759 @defvar calc-start-hook
34760 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34761 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34762 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34763 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34764 @end defvar
34766 @defvar calc-mode-hook
34767 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34768 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34769 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34770 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34771 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34772 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34773 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34774 been evaluated yet.
34775 @end defvar
34777 @defvar calc-trail-mode-hook
34778 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34779 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34780 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34781 per Emacs session.
34782 @end defvar
34784 @defvar calc-end-hook
34785 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34786 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34787 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34788 step, before the Calc window is destroyed.
34789 @end defvar
34791 @defvar calc-window-hook
34792 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34793 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34794 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34795 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34796 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34797 and @code{select-window} to create the Calc window.
34798 @end defvar
34800 @defvar calc-trail-window-hook
34801 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34802 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34803 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34804 must @emph{not} switch into the new window.
34805 @end defvar
34807 @defvar calc-embedded-mode-hook
34808 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34809 @end defvar
34811 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34812 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34813 new buffer.
34814 @end defvar
34816 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34817 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34818 new formula.
34819 @end defvar
34821 @defvar calc-edit-mode-hook
34822 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34823 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34824 The buffer will have been selected and set up to be in
34825 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34826 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34827 @code{calc-edit} command.)
34828 @end defvar
34830 @defvar calc-mode-save-hook
34831 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34832 after Calc's own mode features have been inserted into the
34833 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34834 message is inserted.
34835 @end defvar
34837 @defvar calc-reset-hook
34838 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34839 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34840 @end defvar
34842 @defvar calc-other-modes
34843 This variable contains a list of strings.  The strings are
34844 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34845 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34846 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34847 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34848 @end defvar
34850 @defvar calc-mode-map
34851 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34852 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34853 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34854 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34855 which is a command that loads the extensions package and
34856 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34857 one of these keys, it will probably be overridden when the
34858 extensions are loaded.
34859 @end defvar
34861 @defvar calc-digit-map
34862 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34863 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34864 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34865 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34866 @end defvar
34868 @defvar calc-alg-ent-map
34869 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34870 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34871 @end defvar
34873 @defvar calc-store-var-map
34874 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34875 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34876 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34877 @end defvar
34879 @defvar calc-edit-mode-map
34880 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34881 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34882 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34883 @end defvar
34885 @defvar calc-mode-var-list
34886 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34887 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34888 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34889 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34890 non-default variables are written out.
34891 @end defvar
34893 @defvar calc-local-var-list
34894 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34895 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34896 These variables also have their default values manipulated by
34897 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34898 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34899 used the first time, your hook should add a variable to the
34900 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34901 @end defvar
34903 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
34904 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
34905 @include gpl.texi
34907 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
34908 @appendix GNU Free Documentation License
34909 @include doclicense.texi
34911 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
34912 @appendix Customizing Calc
34914 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34915 to use a different prefix, you can put
34917 @example
34918 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34919 @end example
34921 @noindent
34922 in your .emacs file.  
34923 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34924 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34925 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34926 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34927 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34928 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34929 character of the prefix can simply be typed twice.
34931 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34932 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34933 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34934 customization facilities.  These variables are listed below.
34935 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34936 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34937 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34938 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34939 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34940 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34942 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34943 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34944 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34945 to see how regular expressions work.
34947 @defvar calc-settings-file
34948 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34949 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34950 definitions.  
34951 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34952 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34953 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34954 exists) the first time Calc is invoked.
34956 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34957 @end defvar
34959 @defvar calc-gnuplot-name
34960 See @ref{Graphics}.@*
34961 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34962 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34963 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34964 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
34965 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
34966 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34967 @end defvar
34969 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34970 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34971 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34972 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34973 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34974 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34975 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34976 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34977 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34978 to display or print the output.
34980 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34981 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34982 @code{"lp %s"}.
34983 @end defvar
34985 @defvar calc-language-alist
34986 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34987 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34988 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34989 enabled, it will try to use the current major mode to
34990 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34991 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34992 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34993 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34994 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34995 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34996 to use the language @var{LANGUAGE}.
34998 The default value of @code{calc-language-alist} is
34999 @example
35000    ((latex-mode . latex)
35001     (tex-mode   . tex)
35002     (plain-tex-mode . tex)
35003     (context-mode . tex)
35004     (nroff-mode . eqn)
35005     (pascal-mode . pascal)
35006     (c-mode . c)
35007     (c++-mode . c)
35008     (fortran-mode . fortran)
35009     (f90-mode . fortran))
35010 @end example
35011 @end defvar
35013 @defvar calc-embedded-announce-formula
35014 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
35015 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35016 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
35017 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
35018 regular expression, and when activating embedded formulas with
35019 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
35020 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
35021 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
35023 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
35024 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
35025 @samp{%} and a space.
35027 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
35028 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
35029 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35030 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
35031 @var{REGEXP})}, and its default value is
35032 @example
35033    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
35034     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
35035     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
35036     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
35037     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35038     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35039     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
35040     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
35041     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35042     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35043     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
35044 @end example
35045 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35046 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
35047 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35048 @end defvar
35050 @defvar  calc-embedded-open-formula
35051 @defvarx calc-embedded-close-formula
35052 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
35053 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35054 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
35055 @code{calc-embedded-close-formula} control the region that Calc will
35056 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
35057 They are regular expressions; 
35058 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
35059 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
35060 delimiters''.
35062 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
35063 Embedded mode understands by default are:
35064 @enumerate
35065 @item
35066 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
35067 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
35068 @item
35069 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
35070 @item
35071 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
35072 @item
35073 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
35074 @item
35075 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
35076 @end enumerate
35078 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
35079 set @code{calc-embedded-open-formula} and
35080 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
35081 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35082 It consists of a list of lists of the form 
35083 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
35084 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
35085 @code{nil}.
35086 @end defvar
35088 @defvar  calc-embedded-word-regexp
35089 @defvarx calc-embedded-word-regexp-alist
35090 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35091 The variable @code{calc-embedded-word-regexp} determines the expression
35092 that Calc will activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x *
35093 w}.  It is a regular expressions.
35095 The default value of @code{calc-embedded-word-regexp} is
35096 @code{"[-+]?[0-9]+\\(\\.[0-9]+\\)?\\([eE][-+]?[0-9]+\\)?"}.
35098 The variable @code{calc-embedded-word-regexp-alist} is used to
35099 set @code{calc-embedded-word-regexp} to a different regular
35100 expression depending on the major mode of the editing buffer.
35101 It consists of a list of lists of the form 
35102 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{WORD-REGEXP})}, and its default value is
35103 @code{nil}.
35104 @end defvar
35106 @defvar  calc-embedded-open-plain
35107 @defvarx calc-embedded-close-plain
35108 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
35109 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35110 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
35111 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
35112 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
35113 expressions, because Calc must be able to write these string into a
35114 buffer as well as to recognize them.
35116 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
35117 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
35118 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
35119 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
35120 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
35122 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
35123 set @code{calc-embedded-open-plain} and
35124 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
35125 depending on the major mode of the editing buffer.
35126 It consists of a list of lists of the form 
35127 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
35128 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
35129 @example
35130    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
35131     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
35132     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
35133     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
35134     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35135     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35136     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
35137     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
35138     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35139     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35140     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
35141 @end example
35142 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35143 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35144 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35145 @end defvar
35147 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
35148 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
35149 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
35150 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35151 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35152 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
35153 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
35155 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
35156 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
35157 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
35158 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
35159 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
35160 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
35161 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
35162 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
35163 closing newline are omitted.)
35165 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
35166 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35167 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
35168 depending on the major mode of the editing buffer.
35169 It consists of a list of lists of the form 
35170 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
35171 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
35172 @code{nil}.
35173 @end defvar
35175 @defvar  calc-embedded-open-mode
35176 @defvarx calc-embedded-close-mode
35177 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
35178 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35179 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
35180 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
35181 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
35182 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
35183 necessary to add them to user-written annotations.
35185 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
35186 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
35187 @code{"\n"}.  
35188 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
35189 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
35190 lines by themselves.
35192 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
35193 set @code{calc-embedded-open-mode} and
35194 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
35195 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35196 It consists of a list of lists of the form 
35197 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
35198 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
35199 @example
35200    ((c++-mode     "// "   "\n")
35201     (c-mode       "/* "   " */\n")
35202     (f90-mode     "! "    "\n")
35203     (fortran-mode "C "    "\n")
35204     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35205     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35206     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35207     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35208     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35209     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35210     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35211 @end example
35212 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35213 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35214 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35215 @end defvar
35217 @defvar calc-multiplication-has-precedence
35218 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
35219 whether multiplication has precedence over division in algebraic
35220 formulas in normal language modes.  If
35221 @code{calc-multiplication-has-precedence} is non-@code{nil}, then
35222 multiplication has precedence (and, for certain obscure reasons, is
35223 right associative), and so for example @samp{a/b*c} will be interpreted
35224 as @samp{a/(b*c)}. If @code{calc-multiplication-has-precedence} is
35225 @code{nil}, then multiplication has the same precedence as division
35226 (and, like division, is left associative), and so for example
35227 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
35228 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
35229 @end defvar
35231 @defvar calc-undo-length
35232 The variable @code{calc-undo-length} determines the number of undo
35233 steps that Calc will keep track of when @code{calc-quit} is called.
35234 If @code{calc-undo-length} is a non-negative integer, then this is the
35235 number of undo steps that will be preserved; if
35236 @code{calc-undo-length} has any other value, then all undo steps will
35237 be preserved.  The default value of @code{calc-undo-length} is @expr{100}.
35238 @end defvar
35240 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35241 @appendix Reporting Bugs
35243 @noindent
35244 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35246 @example
35247 jay.p.belanger@@gmail.com
35248 @end example
35250 @noindent
35251 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35252 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35253 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35254 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35255 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35256 regular mailbox.
35258 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35259 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35260 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35261 them right in.
35263 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35264 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35265 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35266 so any efforts can be coordinated.
35268 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35269 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35271 @c [summary]
35272 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35273 @appendix Calc Summary
35275 @noindent
35276 This section includes a complete list of Calc keystroke commands.
35277 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35278 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35279 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35280 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35281 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35282 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35283 command name refer to notes at the end.
35285 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35286 keystrokes are not listed in this summary.
35287 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35289 @iftex
35290 @begingroup
35291 @tex
35292 \vskip-2\baselineskip \null
35293 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35294 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35295 \leavevmode%
35296 {\smallfonts
35297 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35298 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35299 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35300 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35301 \thinspace%
35302 {\tt#5}%
35303 {\sl#6}%
35305 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35306 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35307 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35308 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35309 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35310 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35311 @end tex
35312 @let@:=@sumsep
35313 @let@r=@sumrow
35314 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35315 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35316 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35317 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35318 @end iftex
35319 @format
35320 @iftex
35321 @advance@baselineskip-2.5pt
35322 @let@c@sumbreak
35323 @end iftex
35324 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35325 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35326 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35327 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35328 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35329 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35330 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35331 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35332 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35333 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35334 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35335 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35336 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35337 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35338 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35339 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35340 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35341 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35342 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35343 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35344 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35345 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35346 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35347 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35348 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35349 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35350 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35351 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35354 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35355 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35356 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35357 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35358 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35359 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35360 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35361 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35362 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35365 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35366 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35367 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35370 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35371 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35372 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35373 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35374 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35375 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35376 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35377 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35378 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35379 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35380 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35381 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35382 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35383 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35384 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35385 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35386 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35389 @r{  ... a@:      @summarykey{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35390 @r{  ... a@:      @summarykey{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35391 @r{... a b@:      @summarykey{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35392 @r{. a b c@:      M-@summarykey{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35393 @r{... a b@:      @summarykey{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35394 @r{  ... a@:      @summarykey{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35395 @r{... a b@:      M-@summarykey{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35396 @r{       @:      M-@summarykey{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35397 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35400 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35401 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35402 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35403 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35404 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35405 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35406 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35409 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35410 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35411 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35412 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35413 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35414 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35415 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35418 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35419 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35420 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35421 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35422 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35423 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35426 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35427 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35428 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35429 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35430 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35431 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35432 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35435 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35436 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35437 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35438 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35439 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35440 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35441 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35442 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35443 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35444 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35445 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35446 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35447 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35448 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35449 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35450 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35451 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35452 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35453 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35454 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35455 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35456 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35457 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35458 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35459 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35460 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35461 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35462 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35463 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35464 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35465 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35466 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35467 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35468 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35469 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35470 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35471 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35472 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35473 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35474 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35475 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35476 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35477 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35478 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35481 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35482 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35483 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35484 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35485 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35486 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35487 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35488 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35489 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35490 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35491 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35492 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35493 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35496 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35497 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35498 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35499 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35502 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35503 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35504 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35505 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35508 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35509 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35510 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35511 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35512 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35513 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35514 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35515 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35516 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35517 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35518 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35519 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35520 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35521 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35522 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35523 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35524 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35525 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35526 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35527 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35530 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35531 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35532 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35533 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35534 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35535 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35536 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35537 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35538 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35539 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35540 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35541 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35542 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35543 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35544 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35545 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35546 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35547 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35548 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35551 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35552 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35553 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35554 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35555 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35556 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35557 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35558 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35559 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35560 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35561 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35562 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35563 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35564 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35565 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35568 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35569 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35570 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35571 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35572 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35573 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35574 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35575 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35576 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35577 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35578 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35579 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35580 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35581 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35582 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35583 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35584 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35585 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35586 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35587 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35588 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35589 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35590 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35592 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35593 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35594 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35595 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35598 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35599 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35600 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35601 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35602 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35603 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35604 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35605 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35606 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35607 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35608 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35611 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35612 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35615 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35618 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35619 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35620 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35621 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35622 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35623 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35624 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35625 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35626 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35627 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35628 @r{       @:      d @summarykey{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35629 @r{       @:      d @summarykey{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35632 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35633 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35634 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35635 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35638 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35639 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35640 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35641 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35642 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35643 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35644 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35645 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35646 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35647 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35648 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35649 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35650 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35651 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35652 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35653 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35654 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35655 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35658 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35659 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35660 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35661 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35662 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35663 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35664 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35665 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35666 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35667 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35668 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35669 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35672 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35673 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35676 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35677 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35678 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35679 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35680 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35681 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35682 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35683 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35684 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35685 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35686 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35687 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35690 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35691 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35692 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35693 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35694 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35695 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35696 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35697 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35698 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35699 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35700 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35701 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35702 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35703 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35704 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35705 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35706 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35709 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35710 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35711 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35712 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35713 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35714 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35715 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35716 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35717 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35718 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35719 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35720 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35721 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35722 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35723 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35724 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35725 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35726 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35727 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35730 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35731 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35732 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35733 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35734 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35735 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35736 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35737 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35738 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35739 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35740 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35741 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35742 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35743 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35744 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35745 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35748 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35749 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35750 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35753 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35754 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35755 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35756 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35757 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35758 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35759 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35760 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35761 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35762 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35765 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35766 @r{       @:      j @summarykey{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35767 @r{       @:      j @summarykey{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35768 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35769 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35770 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35773 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35774 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35775 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35776 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35777 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35780 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35781 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35782 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35783 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35784 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35785 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35786 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35787 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35788 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35789 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35790 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35791 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35792 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35793 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35796 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35797 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35798 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35799 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35800 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35801 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35802 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35803 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35804 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35805 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35806 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35807 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35810 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35811 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35812 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35813 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35814 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35815 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35816 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35817 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35818 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35819 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35820 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35821 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35822 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35823 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35824 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35825 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35826 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35827 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35828 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35829 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35832 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35833 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35834 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35835 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35836 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35837 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35838 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35839 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35840 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35841 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35842 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35843 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35844 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35847 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35848 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35849 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35850 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35851 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35852 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35853 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35854 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35855 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35856 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35857 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35858 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35859 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35860 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35861 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35864 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35865 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35866 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35867 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35868 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35869 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35870 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35871 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35872 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35873 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35874 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35877 @r{       @:      r s   @:register     @:    27  @:calc-copy-to-register@:}
35878 @r{       @:      r i   @:register     @:        @:calc-insert-register@:}
35881 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35882 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35883 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35884 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35885 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35886 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35887 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35888 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35889 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35890 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35891 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35892 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35893 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35894 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35895 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35896 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35897 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35900 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35901 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35902 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35903 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35904 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35905 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35906 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35907 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35908 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35909 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35910 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35911 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35912 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35915 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35916 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35917 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35918 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35919 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35920 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35921 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35922 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35923 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35924 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35925 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35928 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35929 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35930 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35931 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35932 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35935 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35936 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35937 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35938 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35939 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35940 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35941 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35942 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35943 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35944 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35945 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35946 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35947 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35950 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35951 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35952 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35953 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35954 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35955 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35956 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35957 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35958 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35959 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35960 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35961 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35962 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35963 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35964 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35965 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35966 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35967 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35968 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35971 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35972 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35975 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35976 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35977 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35978 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35979 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35980 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35981 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35982 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35983 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35984 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35985 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35986 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35987 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35988 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35991 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35992 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35993 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35994 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35995 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35996 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35997 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35998 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35999 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
36000 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
36001 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
36002 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
36003 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
36004 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
36005 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
36006 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
36009 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
36010 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
36011 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
36014 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
36015 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
36016 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
36017 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
36018 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
36019 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
36020 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
36021 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
36022 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
36023 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
36026 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
36027 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
36028 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
36029 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
36030 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
36031 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
36034 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
36037 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
36038 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
36039 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
36040 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
36041 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36042 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
36043 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
36044 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
36045 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
36046 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
36047 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
36048 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
36049 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
36050 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
36051 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
36052 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
36053 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
36054 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
36055 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
36056 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
36057 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
36058 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
36059 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
36060 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
36061 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36062 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
36063 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
36064 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
36065 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
36066 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
36067 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
36068 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
36071 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
36072 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
36073 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
36074 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
36075 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
36076 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
36077 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
36078 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
36079 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
36080 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
36081 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
36082 @r{  m1 m2@:      V K   @:             @:        @:kron@:(m1,m2)}
36083 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
36084 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
36085 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
36086 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
36087 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
36088 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
36089 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
36090 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
36091 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
36092 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
36093 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
36094 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
36095 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
36096 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
36097 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
36098 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
36099 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
36102 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
36105 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
36108 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
36109 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
36110 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
36111 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
36114 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
36115 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
36116 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
36117 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
36118 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
36119 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
36120 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
36123 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
36126 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
36127 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
36128 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
36131 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
36132 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
36133 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
36134 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
36135 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
36136 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
36137 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
36138 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
36139 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
36140 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
36141 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
36143 @end format
36145 @noindent
36146 NOTES
36148 @enumerate
36149 @c 1
36150 @item
36151 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36152 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
36153 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
36154 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
36156 @c 2
36157 @item
36158 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36159 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
36160 and the next @expr{-n} stack entries.
36162 @c 3
36163 @item
36164 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
36165 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
36166 A prefix of zero reverses the entire stack.
36168 @c 4
36169 @item
36170 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
36172 @c 5
36173 @item
36174 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
36175 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
36177 @c 6
36178 @item
36179 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
36180 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
36182 @c 7
36183 @item
36184 A prefix argument specifies simplification level and depth.
36185 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
36187 @c 8
36188 @item
36189 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
36191 @c 9
36192 @item
36193 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
36194 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
36196 @c 10
36197 @item
36198 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
36199 cannot be specified in the keyboard version of this command.
36201 @c 11
36202 @item
36203 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
36205 @c 12
36206 @item
36207 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
36208 prefix always clears the mode.
36210 @c 13
36211 @item
36212 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36214 @c 14
36215 @item
36216 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36217 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36218 @iftex
36219 {@advance@tableindent10pt
36220 @end iftex
36221 @table @asis
36222 @item Integer
36223 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36224 @item Float
36225 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36226 @item 0.0
36227 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36228 @item Error form
36229 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36230 @item Interval
36231 Random integer or floating-point number in that interval.
36232 @item Vector
36233 Random element from the vector.
36234 @end table
36235 @iftex
36237 @end iftex
36239 @c 15
36240 @item
36241 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36242 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36244 @c 16
36245 @item
36246 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36247 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36249 @c 17
36250 @item
36251 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
36253 @c 18
36254 @item
36255 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36256 the new units.
36258 @c 19
36259 @item
36260 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36261 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36263 @c 20
36264 @item
36265 With a prefix argument of 1, take a single 
36266 @texline @var{n}@math{\times2}
36267 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
36268 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36270 @c 21
36271 @item
36272 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36273 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36274 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36275 a subvector/submatrix of the input is created.
36277 @c 22
36278 @item
36279 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36280 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36281 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36282 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36283 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36284 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36285 last argument of the created function), or otherwise you will be
36286 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36287 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36289 @c 23
36290 @item
36291 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36292 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36293 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36294 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36295 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36296 or @code{d} for ``down.''
36298 @c 24
36299 @item
36300 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36301 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36302 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36303 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36304 may be an integer or a vector of integers.
36305 @iftex
36306 {@advance@tableindent-20pt
36307 @end iftex
36308 @table @cite
36309 @item -1
36310 (@var{2})  Rectangular complex number.
36311 @item -2
36312 (@var{2})  Polar complex number.
36313 @item -3
36314 (@var{3})  HMS form.
36315 @item -4
36316 (@var{2})  Error form.
36317 @item -5
36318 (@var{2})  Modulo form.
36319 @item -6
36320 (@var{2})  Closed interval.
36321 @item -7
36322 (@var{2})  Closed .. open interval.
36323 @item -8
36324 (@var{2})  Open .. closed interval.
36325 @item -9
36326 (@var{2})  Open interval.
36327 @item -10
36328 (@var{2})  Fraction.
36329 @item -11
36330 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36331 @item -12
36332 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36333 @item -13
36334 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36335 @item -14
36336 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36337 @item -15
36338 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36339 @end table
36340 @iftex
36342 @end iftex
36344 @c 25
36345 @item
36346 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36347 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36348 the input vector.
36350 @c 26
36351 @item
36352 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36354 @c 27
36355 @item
36356 Cursor position within stack buffer affects this command.
36358 @c 28
36359 @item
36360 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36362 @c 29
36363 @item
36364 Variable name may be a single digit or a full name.
36366 @c 30
36367 @item
36368 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36369 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36370 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36371 of the result of the edit.
36373 @c 31
36374 @item
36375 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36377 @c 32
36378 @item
36379 Press this key a second time to cancel the prefix.
36381 @c 33
36382 @item
36383 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36384 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36386 @c 34
36387 @item
36388 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36389 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36390 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36391 backward by that many lines.
36393 @c 35
36394 @item
36395 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36396 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36397 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36398 region between point and mark as a single formula.
36400 @c 36
36401 @item
36402 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36403 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36404 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36405 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36407 @c 37
36408 @item
36409 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36411 @c 38
36412 @item
36413 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36414 later prompts by popping additional stack entries.
36416 @c 39
36417 @item
36418 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36419 @expr{v - v_0}.
36421 @c 40
36422 @item
36423 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36424 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36425 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36426 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36427 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36429 @c 41
36430 @item
36431 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36433 @c 42
36434 @item
36435 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36436 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36438 @c 43
36439 @item
36440 With any prefix argument, set the default value instead of the
36441 value for this graph.
36443 @c 44
36444 @item
36445 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36447 @c 45
36448 @item
36449 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36450 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36451 otherwise.
36453 @c 46
36454 @item
36455 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36456 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36457 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36458 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36459 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36460 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36461 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36462 to evaluate variables.
36464 @c 47
36465 @item
36466 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36467 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36468 assigns 
36469 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36470 @infoline @expr{x := a-x}.
36472 @c 48
36473 @item
36474 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36475 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36476 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36477 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36478 and a vector from the stack.
36480 @c 49
36481 @item
36482 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36483 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36485 @c 50
36486 @item
36487 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36488 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36489 entry, then restores the original setting of the mode.
36491 @c 51
36492 @item
36493 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36494 default 2D resolution.
36496 @c 52
36497 @item
36498 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36499 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36500 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36501 grabs the @var{n}th mode value only.
36502 @end enumerate
36504 @iftex
36505 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36506 @page
36507 @endgroup
36508 @end iftex
36511 @c [end-summary]
36513 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36514 @unnumbered Index of Key Sequences
36516 @printindex ky
36518 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36519 @unnumbered Index of Calculator Commands
36521 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36522 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36523 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36524 @kbd{M-x calc-last-args}.
36526 @printindex pg
36528 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36529 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36531 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36532 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36533 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36534 @iftex
36535 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36536 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36537 @end iftex
36539 @printindex tp
36541 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36542 @unnumbered Concept Index
36544 @printindex cp
36546 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36547 @unnumbered Index of Variables
36549 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36550 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36551 corresponding Lisp variable.
36553 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36554 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36556 @printindex vr
36558 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36559 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36561 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36562 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36563 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36564 @samp{math-}.
36566 @printindex fn
36568 @bye
36571 @ignore
36572    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36573 @end ignore