Use wildcards.
[emacs.git] / man / calc.texi
blobf560f6f8a2a81c931361455f4cdb3d27da2677e4
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 2.02g Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @dircategory Emacs
9 @direntry
10 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
11 @end direntry
12 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
14 @tex
15 % Some special kludges to make TeX formatting prettier.
16 % Because makeinfo.c exists, we can't just define new commands.
17 % So instead, we take over little-used existing commands.
19 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
20 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
21 % Redefine @cite{text} to act like $text$ in regular TeX.
22 % Info will typeset this same as @samp{text}.
23 \gdef\goodtex{\tex \let\rm\goodrm \let\t\ttfont \turnoffactive}
24 \gdef\goodrm{\fam0\tenrm}
25 \gdef\cite{\goodtex$\citexxx}
26 \gdef\citexxx#1{#1$\Etex}
27 \global\let\oldxrefX=\xrefX
28 \gdef\xrefX[#1]{\begingroup\let\cite=\dfn\oldxrefX[#1]\endgroup}
30 % Redefine @c{tex-stuff} \n @whatever{info-stuff}.
31 \gdef\c{\futurelet\next\mycxxx}
32 \gdef\mycxxx{%
33   \ifx\next\bgroup \goodtex\let\next\mycxxy
34   \else\ifx\next\mindex \let\next\relax
35   \else\ifx\next\kindex \let\next\relax
36   \else\ifx\next\starindex \let\next\relax \else \let\next\comment
37   \fi\fi\fi\fi \next
39 \gdef\mycxxy#1#2{#1\Etex\mycxxz}
40 \gdef\mycxxz#1{}
41 @end tex
43 @c Fix some things to make math mode work properly.
44 @iftex
45 @textfont0=@tenrm
46 @font@teni=cmmi10 scaled @magstephalf   @textfont1=@teni
47 @font@seveni=cmmi7 scaled @magstephalf  @scriptfont1=@seveni
48 @font@fivei=cmmi5 scaled @magstephalf   @scriptscriptfont1=@fivei
49 @font@tensy=cmsy10 scaled @magstephalf  @textfont2=@tensy
50 @font@sevensy=cmsy7 scaled @magstephalf @scriptfont2=@sevensy
51 @font@fivesy=cmsy5 scaled @magstephalf  @scriptscriptfont2=@fivesy
52 @font@tenex=cmex10 scaled @magstephalf  @textfont3=@tenex
53 @scriptfont3=@tenex  @scriptscriptfont3=@tenex
54 @textfont7=@tentt  @scriptfont7=@tentt  @scriptscriptfont7=@tentt
55 @end iftex
57 @c Fix some other things specifically for this manual.
58 @iftex
59 @finalout
60 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
61 @tex
62 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
64 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
65 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
66 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
67 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
68 @end tex
69 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
70 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
71 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
72 @ignore
73 @newcount@calcpageno
74 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
75 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
76 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
77 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
78 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
79 \r@ggedbottomtrue
80 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
81 @end ignore
82 @end iftex
84 @ifnottex
85 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
87 Copyright (C) 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
89 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
90 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
91 any later version published by the Free Software Foundation; with the
92 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
93 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
94 Texts as in (a) below.
96 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
97 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
98 Software Foundation raise funds for GNU development.''
99 @end ifnottex
101 @titlepage
102 @sp 6
103 @center @titlefont{Calc Manual}
104 @sp 4
105 @center GNU Emacs Calc Version 2.02g
106 @c [volume]
107 @sp 1
108 @center January 2002
109 @sp 5
110 @center Dave Gillespie
111 @center daveg@@synaptics.com
112 @page
114 @vskip 0pt plus 1filll
115 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
117 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
118 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
119 any later version published by the Free Software Foundation; with the
120 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
121 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
122 Texts as in (a) below.
124 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
125 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
126 Software Foundation raise funds for GNU development.''
127 @end titlepage
129 @c [begin]
130 @ifinfo
131 @node Top, , (dir), (dir)
132 @chapter The GNU Emacs Calculator
134 @noindent
135 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
136 that runs as part of the GNU Emacs environment.
138 This manual is divided into three major parts: ``Getting Started,''
139 the ``Calc Tutorial,'' and the ``Calc Reference.''  The Tutorial
140 introduces all the major aspects of Calculator use in an easy,
141 hands-on way.  The remainder of the manual is a complete reference to
142 the features of the Calculator.
144 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
145 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
146 longer Info tutorial.)
148 @end ifinfo
149 @menu
150 * Copying::               How you can copy and share Calc.
152 * Getting Started::       General description and overview.
153 * Interactive Tutorial::
154 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
156 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
157 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
158 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
159 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
160 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
161 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
162 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
163 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
164 * Units::                 Operations on numbers with units.
165 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
166 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
167 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
168 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
169 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
171 * Installation::          Installing Calc as a part of GNU Emacs.
172 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
174 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
176 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
177 * Command Index::         The interactive Calc commands.
178 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
179 * Concept Index::         General concepts.
180 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
181 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
182 @end menu
184 @node Copying, Getting Started, Top, Top
185 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
186 @center Version 1, February 1989
188 @display
189 Copyright @copyright{} 1989 Free Software Foundation, Inc.
190 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA
192 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
193 of this license document, but changing it is not allowed.
194 @end display
196 @unnumberedsec Preamble
198   The license agreements of most software companies try to keep users
199 at the mercy of those companies.  By contrast, our General Public
200 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
201 software---to make sure the software is free for all its users.  The
202 General Public License applies to the Free Software Foundation's
203 software and to any other program whose authors commit to using it.
204 You can use it for your programs, too.
206   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
207 price.  Specifically, the General Public License is designed to make
208 sure that you have the freedom to give away or sell copies of free
209 software, that you receive source code or can get it if you want it,
210 that you can change the software or use pieces of it in new free
211 programs; and that you know you can do these things.
213   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
214 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
215 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
216 distribute copies of the software, or if you modify it.
218   For example, if you distribute copies of a such a program, whether
219 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
220 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
221 source code.  And you must tell them their rights.
223   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
224 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
225 distribute and/or modify the software.
227   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
228 that everyone understands that there is no warranty for this free
229 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
230 want its recipients to know that what they have is not the original, so
231 that any problems introduced by others will not reflect on the original
232 authors' reputations.
234   The precise terms and conditions for copying, distribution and
235 modification follow.
237 @iftex
238 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS
239 @end iftex
240 @ifinfo
241 @center TERMS AND CONDITIONS
242 @end ifinfo
244 @enumerate
245 @item
246 This License Agreement applies to any program or other work which
247 contains a notice placed by the copyright holder saying it may be
248 distributed under the terms of this General Public License.  The
249 ``Program'', below, refers to any such program or work, and a ``work based
250 on the Program'' means either the Program or any work containing the
251 Program or a portion of it, either verbatim or with modifications.  Each
252 licensee is addressed as ``you''.
254 @item
255 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's source
256 code as you receive it, in any medium, provided that you conspicuously and
257 appropriately publish on each copy an appropriate copyright notice and
258 disclaimer of warranty; keep intact all the notices that refer to this
259 General Public License and to the absence of any warranty; and give any
260 other recipients of the Program a copy of this General Public License
261 along with the Program.  You may charge a fee for the physical act of
262 transferring a copy.
264 @item
265 You may modify your copy or copies of the Program or any portion of
266 it, and copy and distribute such modifications under the terms of Paragraph
267 1 above, provided that you also do the following:
269 @itemize @bullet
270 @item
271 cause the modified files to carry prominent notices stating that
272 you changed the files and the date of any change; and
274 @item
275 cause the whole of any work that you distribute or publish, that
276 in whole or in part contains the Program or any part thereof, either
277 with or without modifications, to be licensed at no charge to all
278 third parties under the terms of this General Public License (except
279 that you may choose to grant warranty protection to some or all
280 third parties, at your option).
282 @item
283 If the modified program normally reads commands interactively when
284 run, you must cause it, when started running for such interactive use
285 in the simplest and most usual way, to print or display an
286 announcement including an appropriate copyright notice and a notice
287 that there is no warranty (or else, saying that you provide a
288 warranty) and that users may redistribute the program under these
289 conditions, and telling the user how to view a copy of this General
290 Public License.
292 @item
293 You may charge a fee for the physical act of transferring a
294 copy, and you may at your option offer warranty protection in
295 exchange for a fee.
296 @end itemize
298 Mere aggregation of another independent work with the Program (or its
299 derivative) on a volume of a storage or distribution medium does not bring
300 the other work under the scope of these terms.
302 @item
303 You may copy and distribute the Program (or a portion or derivative of
304 it, under Paragraph 2) in object code or executable form under the terms of
305 Paragraphs 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
307 @itemize @bullet
308 @item
309 accompany it with the complete corresponding machine-readable
310 source code, which must be distributed under the terms of
311 Paragraphs 1 and 2 above; or,
313 @item
314 accompany it with a written offer, valid for at least three
315 years, to give any third party free (except for a nominal charge
316 for the cost of distribution) a complete machine-readable copy of the
317 corresponding source code, to be distributed under the terms of
318 Paragraphs 1 and 2 above; or,
320 @item
321 accompany it with the information you received as to where the
322 corresponding source code may be obtained.  (This alternative is
323 allowed only for noncommercial distribution and only if you
324 received the program in object code or executable form alone.)
325 @end itemize
327 Source code for a work means the preferred form of the work for making
328 modifications to it.  For an executable file, complete source code means
329 all the source code for all modules it contains; but, as a special
330 exception, it need not include source code for modules which are standard
331 libraries that accompany the operating system on which the executable
332 file runs, or for standard header files or definitions files that
333 accompany that operating system.
335 @item
336 You may not copy, modify, sublicense, distribute or transfer the
337 Program except as expressly provided under this General Public License.
338 Any attempt otherwise to copy, modify, sublicense, distribute or transfer
339 the Program is void, and will automatically terminate your rights to use
340 the Program under this License.  However, parties who have received
341 copies, or rights to use copies, from you under this General Public
342 License will not have their licenses terminated so long as such parties
343 remain in full compliance.
345 @item
346 By copying, distributing or modifying the Program (or any work based
347 on the Program) you indicate your acceptance of this license to do so,
348 and all its terms and conditions.
350 @item
351 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
352 Program), the recipient automatically receives a license from the original
353 licensor to copy, distribute or modify the Program subject to these
354 terms and conditions.  You may not impose any further restrictions on the
355 recipients' exercise of the rights granted herein.
357 @item
358 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
359 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
360 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
361 address new problems or concerns.
363 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
364 specifies a version number of the license which applies to it and ``any
365 later version'', you have the option of following the terms and conditions
366 either of that version or of any later version published by the Free
367 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
368 the license, you may choose any version ever published by the Free Software
369 Foundation.
371 @item
372 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
373 programs whose distribution conditions are different, write to the author
374 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
375 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
376 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
377 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
378 of promoting the sharing and reuse of software generally.
380 @iftex
381 @heading NO WARRANTY
382 @end iftex
383 @ifinfo
384 @center NO WARRANTY
385 @end ifinfo
387 @item
388 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
389 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
390 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
391 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
392 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
393 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
394 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
395 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
396 REPAIR OR CORRECTION.
398 @item
399 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING WILL
400 ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
401 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
402 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
403 ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT
404 LIMITED TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES
405 SUSTAINED BY YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE
406 WITH ANY OTHER PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN
407 ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
408 @end enumerate
410 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
411 @chapter Getting Started
412 @noindent
413 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
414 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
415 and what are the various ways that it can be used.
417 @menu
418 * What is Calc::
419 * About This Manual::
420 * Notations Used in This Manual::
421 * Using Calc::
422 * Demonstration of Calc::
423 * History and Acknowledgements::
424 @end menu
426 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
427 @section What is Calc?
429 @noindent
430 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
431 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
432 series of calculators, its many features include:
434 @itemize @bullet
435 @item
436 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
438 @item
439 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
441 @item
442 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
443 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
444 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
445 and algebraic formulas.
447 @item
448 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
450 @item
451 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
453 @item
454 Financial functions such as future value and internal rate of return.
456 @item
457 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
458 modulo @var{m} for any @var{m}.
460 @item
461 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
463 @item
464 Moving data to and from regular editing buffers.
466 @item
467 ``Embedded mode'' for manipulating Calc formulas and data directly
468 inside any editing buffer.
470 @item
471 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
473 @item
474 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
475 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
476 @end itemize
478 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
479 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
480 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
481 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
482 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
483 the program you can learn its additional features.  In terms of efficiency,
484 scope and depth, Calc cannot replace a powerful tool like Mathematica.
485 But Calc has the advantages of convenience, portability, and availability
486 of the source code.  And, of course, it's free!
488 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
489 @section About This Manual
491 @noindent
492 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
493 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
494 a reference for experienced users.  While it helps to have some
495 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
496 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
497 regularly.
499 @ifinfo
500 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
501 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
502 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
503 @end ifinfo
504 @iftex
505 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
506 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
507 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
508 @c [when-split]
509 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
510 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
511 @c chapter.
512 @end iftex
514 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
515 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
516 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
517 will show you everything you need to know to begin.
518 @xref{Demonstration of Calc}.
520 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
521 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
522 to Calc and you have some time, try going through at least the
523 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
524 with answers.  These exercises give you some guided practice with
525 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
526 to use its features.
528 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
529 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
530 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
531 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
532 need to know.
534 @cindex Marginal notes
535 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
536 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
537 variables also have their own indices.  @c{Each}
538 @asis{In the printed manual, each}
539 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
540 in the margin with its index entry.
542 @c [fix-ref Help Commands]
543 You can access this manual on-line at any time within Calc by
544 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
545 you can press @kbd{M-# i} to read the manual on-line.  Also, you
546 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{M-# t},
547 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{M-# s}.  Within Calc,
548 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
549 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
550 respectively.  @xref{Help Commands}.
552 Printed copies of this manual are also available from the Free Software
553 Foundation.
555 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
556 @section Notations Used in This Manual
558 @noindent
559 This section describes the various notations that are used
560 throughout the Calc manual.
562 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
563 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
564 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
565 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
566 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
567 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
569 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
570 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
571 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
572 also press @key{ESC} or @key{C-[} first to get the same effect, so
573 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
575 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
576 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
577 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
579 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
580 or @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
581 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{M-# k} key sequence,
582 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
584 Commands that correspond to functions in algebraic notation
585 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
586 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
587 the corresponding function in an algebraic-style formula would
588 be @samp{cos(@var{x})}.
590 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
591 [@code{sincos}].@refill
593 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
594 @section A Demonstration of Calc
596 @noindent
597 @cindex Demonstration of Calc
598 This section will show some typical small problems being solved with
599 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
600 everything you see here will be covered more thoroughly in the
601 Tutorial.
603 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
604 does this), and type @kbd{M-# c} (or @kbd{@key{ESC} # c}) to start the
605 Calculator.  (@xref{Starting Calc}, if this doesn't work for you.)
607 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
608 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
609 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
610 Delete, and Space keys.
612 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
613 then the command to operate on the numbers.
615 @noindent
616 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute @c{$\sqrt{2+3} = 2.2360679775$}
617 @asis{the square root of 2+3, which is 2.2360679775}.
619 @noindent
620 Type @kbd{P 2 ^} to compute @c{$\pi^2 = 9.86960440109$}
621 @asis{the value of `pi' squared, 9.86960440109}.
623 @noindent
624 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
626 @noindent
627 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
628 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
630 @noindent
631 Type @key{DEL} to erase this result.
633 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
634 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
635 use the apostrophe key.
637 @noindent
638 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute @c{$\sqrt{2+3}$}
639 @asis{the square root of 2+3}.
641 @noindent
642 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter @c{$\pi^2$}
643 @asis{`pi' squared}.  To evaluate this symbolic
644 formula as a number, type @kbd{=}.
646 @noindent
647 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
648 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
650 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
651 @w{@kbd{M-# k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
652 the next section.)
654 @noindent
655 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
656 ``buttons'' using your left mouse button.
658 @noindent
659 Click on @key{PI}, @key{2}, and @t{y^x}.
661 @noindent
662 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
664 @noindent
665 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
667 @noindent
668 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
669 the Keypad Calculator off.
671 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{M-# x} if necessary to exit Calc.
672 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
673 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
674 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
675 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{M-# i}}, or just
676 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{M-# g} to
677 ``grab'' these numbers into Calc.
679 @example
680 @group
681 1.23  1.97
682 1.6   2
683 1.19  1.08
684 @end group
685 @end example
687 @noindent
688 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
689 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
691 @noindent
692 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
693 the product of the numbers.
695 @noindent
696 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
697 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
698 the lower-right @samp{8} and press @kbd{M-# r}.
700 @noindent
701 Type @kbd{v t} to transpose this @c{$3\times2$}
702 @asis{3x2} matrix into a @c{$2\times3$}
703 @asis{2x3} matrix.  Type
704 @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate vectors.  Now type
705 @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums of the two original columns.
706 (There is also a special grab-and-sum-columns command, @kbd{M-# :}.)
708 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
709 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
710 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
712 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
713 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
714 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
715 many weeks have passed since then.
717 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
718 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
719 to enter a pair of equations involving three variables.
720 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
721 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
722 these equations for the variables @cite{x} and @cite{y}.@refill
724 @noindent
725 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
726 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, and @kbd{d T}
727 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system.
728 Type @kbd{d N} to return to normal notation.
730 @noindent
731 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @cite{a = 7.5} in these formulas.
732 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
734 @iftex
735 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
736 manual.  Type @kbd{M-# c} to return to Calc after each of these
737 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
738 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
739 @kbd{h s} to read the Calc summary.
740 @end iftex
741 @ifinfo
742 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
743 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{M-# c}, to
744 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
745 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
746 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
747 @end ifinfo
749 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
750 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again.
752 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
753 @section Using Calc
755 @noindent
756 Calc has several user interfaces that are specialized for
757 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
758 there are Quick Mode, Keypad Mode, and Embedded Mode.
760 @c [fix-ref Installation]
761 Calc must be @dfn{installed} before it can be used.  @xref{Installation},
762 for instructions on setting up and installing Calc.  We will assume
763 you or someone on your system has already installed Calc as described
764 there.
766 @menu
767 * Starting Calc::
768 * The Standard Interface::
769 * Quick Mode Overview::
770 * Keypad Mode Overview::
771 * Standalone Operation::
772 * Embedded Mode Overview::
773 * Other M-# Commands::
774 @end menu
776 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
777 @subsection Starting Calc
779 @noindent
780 On most systems, you can type @kbd{M-#} to start the Calculator.
781 The notation @kbd{M-#} is short for Meta-@kbd{#}.  On most
782 keyboards this means holding down the Meta (or Alt) and
783 Shift keys while typing @kbd{3}.
785 @cindex META key
786 Once again, if you don't have a Meta key on your keyboard you can type
787 @key{ESC} first, then @kbd{#}, to accomplish the same thing.  If you
788 don't even have an @key{ESC} key, you can fake it by holding down
789 Control or @key{CTRL} while typing a left square bracket
790 (that's @kbd{C-[} in Emacs notation).@refill
792 @kbd{M-#} is a @dfn{prefix key}; when you press it, Emacs waits for
793 you to press a second key to complete the command.  In this case,
794 you will follow @kbd{M-#} with a letter (upper- or lower-case, it
795 doesn't matter for @kbd{M-#}) that says which Calc interface you
796 want to use.
798 To get Calc's standard interface, type @kbd{M-# c}.  To get
799 Keypad Mode, type @kbd{M-# k}.  Type @kbd{M-# ?} to get a brief
800 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
801 a complete list.
803 To ease typing, @kbd{M-# M-#} (or @kbd{M-# #} if that's easier)
804 also works to start Calc.  It starts the same interface (either
805 @kbd{M-# c} or @w{@kbd{M-# k}}) that you last used, selecting the
806 @kbd{M-# c} interface by default.  (If your installation has
807 a special function key set up to act like @kbd{M-#}, hitting that
808 function key twice is just like hitting @kbd{M-# M-#}.)
810 If @kbd{M-#} doesn't work for you, you can always type explicit
811 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
812 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad Mode).  First type @kbd{M-x}
813 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
814 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
816 If you type @kbd{M-x calc} and Emacs still doesn't recognize the
817 command (it will say @samp{[No match]} when you try to press
818 @key{RET}), then Calc has not been properly installed.
820 The same commands (like @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}) that start
821 the Calculator also turn it off if it is already on.
823 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
824 @subsection The Standard Calc Interface
826 @noindent
827 @cindex Standard user interface
828 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
829 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{M-# c}
830 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
831 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
833 @iftex
834 @advance@hsize20pt
835 @end iftex
836 @smallexample
837 @group
840 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
841 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.00...
842 2:  17.3                                        |    17.3
843 1:  -5                                          |    3
844     .                                           |    2
845                                                 |    4
846                                                 |  * 8
847                                                 |  ->-5
848                                                 |
849 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
850 @end group
851 @end smallexample
853 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
854 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
855 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
856 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
857 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
858 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
859 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
860 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
861 you do.
863 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
864 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
865 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @i{-5}.
866 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
867 The net result is the two numbers 17.3 and @i{-5} sitting on the stack.
869 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
870 there is a set of commands that allow you to search back through
871 the trail and retrieve any previous result.
873 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
874 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
875 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
876 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
877 @kbd{E} means @cite{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
878 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
879 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
881 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
882 window and back into your editing window, say by using the Emacs
883 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
884 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
885 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
886 as Calc commands.
888 When you quit by pressing @kbd{M-# c} a second time, the Calculator
889 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
890 hidden.  When you press @kbd{M-# c} once again you will get the
891 same stack and trail contents you had when you last used the
892 Calculator.
894 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
895 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{M-# c} will give you
896 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
897 you save your favorite mode settings between sessions, though.
898 One of the things it saves is which user interface (standard or
899 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
900 always treat @kbd{M-# M-#} the same as @kbd{M-# c}.
902 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
904 If you type @kbd{M-# b} first and then @kbd{M-# c}, you get a
905 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
906 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
907 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again to quit,
908 the file you were editing before reappears.  The @kbd{M-# b} key
909 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
910 normal partial-screen mode.
912 Finally, @kbd{M-# o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{M-# c}
913 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
914 editing before remains selected instead.  @kbd{M-# o} is a handy
915 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
916 @kbd{M-# c} to switch back into Calc when you are done.
918 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
919 @subsection Quick Mode (Overview)
921 @noindent
922 @dfn{Quick Mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
923 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{M-# q}
924 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
926 Quick Mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
927 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
928 the result at the bottom of the Emacs screen (@i{3.33333333333}
929 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
930 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{M-# q}
931 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
932 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
933 at this point will yank the result into your editing buffer.
935 Calc mode settings affect Quick Mode, too, though you will have to
936 go into regular Calc (with @kbd{M-# c}) to change the mode settings.
938 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
939 @xref{Quick Calculator}, for further information.
941 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
942 @subsection Keypad Mode (Overview)
944 @noindent
945 @dfn{Keypad Mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
946 It is designed for use with the X window system.  If you don't
947 have X, you will have to operate keypad mode with your arrow
948 keys (which is probably more trouble than it's worth).  Keypad
949 mode is currently not supported under Emacs 19.
951 Type @kbd{M-# k} to turn Keypad Mode on or off.  Once again you
952 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
953 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
954 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
956 @tex
957 \dimen0=\pagetotal%
958 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
959 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
960 \medskip
961 @end tex
962 @smallexample
963                                         |--- Emacs Calculator Mode ---
964                                         |2:  17.3
965                                         |1:  -5
966                                         |    .
967                                         |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
968                                         |----+-----Calc 2.00-----+----1
969                                         |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
970                                         |----+----+----+----+----+----|
971                                         | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
972                                         |----+----+----+----+----+----|
973                                         |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
974                                         |----+----+----+----+----+----|
975                                         |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
976                                         |-----+---+-+--+--+-+---++----|
977                                         | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
978                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
979                                         | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
980                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
981                                         |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
982                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
983                                         | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
984                                         |-----+-----+-----+-----+-----+
985 @end smallexample
986 @iftex
987 @begingroup
988 @ifdim@hsize=5in
989 @vskip-3.7in
990 @advance@hsize-2.2in
991 @else
992 @vskip-3.89in
993 @advance@hsize-3.05in
994 @advance@vsize.1in
996 @end iftex
998 Keypad Mode is much easier for beginners to learn, because there
999 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
1000 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
1001 always switch the cursor into the Calc stack window to use
1002 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
1003 often find they prefer the standard interface over Keypad Mode.
1005 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
1006 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
1007 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
1008 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
1009 the stack).
1011 If you click the right mouse button, the top three rows of the
1012 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
1013 math functions, vector operations, and operations on binary
1014 numbers.
1016 @iftex
1017 @endgroup
1018 @end iftex
1019 Because Keypad Mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
1020 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
1021 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
1022 keypad.  One advantage of Keypad Mode is that you don't need an
1023 explicit command to switch between editing and calculating.
1025 If you press @kbd{M-# b} first, you get a full-screen Keypad Mode
1026 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
1027 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
1029 @c [fix-ref Keypad Mode]
1030 @xref{Keypad Mode}, for further information.
1032 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
1033 @subsection Standalone Operation
1035 @noindent
1036 @cindex Standalone Operation
1037 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1038 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1039 can give the commands:
1041 @example
1042 emacs -f full-calc
1043 @end example
1045 @noindent
1048 @example
1049 emacs -f full-calc-keypad
1050 @end example
1052 @noindent
1053 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# c}) or
1054 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# k}).
1055 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1056 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1057 itself.
1059 @node Embedded Mode Overview, Other M-# Commands, Standalone Operation, Using Calc
1060 @subsection Embedded Mode (Overview)
1062 @noindent
1063 @dfn{Embedded Mode} is a way to use Calc directly from inside an
1064 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1065 document like this:
1067 @smallexample
1068 @group
1069 The derivative of
1071                                    ln(ln(x))
1074 @end group
1075 @end smallexample
1077 @noindent
1078 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1079 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1080 do this with Embedded Mode, first copy the formula down to where
1081 you want the result to be:
1083 @smallexample
1084 @group
1085 The derivative of
1087                                    ln(ln(x))
1091                                    ln(ln(x))
1092 @end group
1093 @end smallexample
1095 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{M-# e}.
1096 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1097 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1098 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1099 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1100 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1101 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1102 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1103 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1104 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1106 @smallexample
1107 @group
1108 The derivative of
1110                                    ln(ln(x))
1114 1 / ln(x) x
1115 @end group
1116 @end smallexample
1118 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1119 the formula, and even @kbd{d B} to use ``big'' display mode.
1121 @smallexample
1122 @group
1123 The derivative of
1125                                    ln(ln(x))
1128 % [calc-mode: justify: center]
1129 % [calc-mode: language: big]
1131                                        1
1132                                     -------
1133                                     ln(x) x
1134 @end group
1135 @end smallexample
1137 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1138 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1139 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{}.
1140 (In this example @TeX{} is not being used, so you might want to move
1141 these comments up to the top of the file or otherwise put them out
1142 of the way.)
1144 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1145 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
1147 @smallexample
1148 @group
1149 % [calc-mode: justify: center]
1150 % [calc-mode: language: big]
1151 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1153                                        1
1154                                     -------                      (1)
1155                                     ln(x) x
1156 @end group
1157 @end smallexample
1159 To leave Embedded Mode, type @kbd{M-# e} again.  The mode line
1160 and keyboard will revert to the way they were before.  (If you have
1161 actually been trying this as you read along, you'll want to press
1162 @kbd{M-# 0} [with the digit zero] now to reset the modes you changed.)
1164 The related command @kbd{M-# w} operates on a single word, which
1165 generally means a single number, inside text.  It uses any
1166 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1167 formula it reads.  Here's an example of its use:
1169 @smallexample
1170 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1171 @end smallexample
1173 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{M-# w} to enable
1174 Embedded Mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1175 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1176 then @w{@kbd{M-# w}} again to exit Embedded mode.
1178 @smallexample
1179 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1180 @end smallexample
1182 @c [fix-ref Embedded Mode]
1183 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1185 @node Other M-# Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1186 @subsection Other @kbd{M-#} Commands
1188 @noindent
1189 Two more Calc-related commands are @kbd{M-# g} and @kbd{M-# r},
1190 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1191 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1192 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1193 cursor or ``point'' placed at the other.
1195 The @kbd{M-# g} command reads the region in the usual left-to-right,
1196 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1197 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1198 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1199 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1200 @kbd{C-u M-# g} interprets the region as a single number or
1201 formula.
1203 The @kbd{M-# r} command reads a rectangle, with the point and
1204 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1205 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1207 Complementary to these is @kbd{M-# y}, which ``yanks'' the
1208 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1209 If you type @w{@kbd{M-# y}} while in such a buffer, the value is
1210 yanked at the current position.  If you type @kbd{M-# y} while
1211 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1212 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1213 to be visible in order to use this command, as long as there
1214 is something on the Calc stack.
1216 Here, for reference, is the complete list of @kbd{M-#} commands.
1217 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1218 following @kbd{M-#}.
1220 @noindent
1221 Commands for turning Calc on and off:
1223 @table @kbd
1224 @item #
1225 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1227 @item C
1228 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1229 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1230 in the Calc window, move the cursor into the window.
1232 @item O
1233 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1234 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1235 move it out of that window.
1237 @item B
1238 Control whether @kbd{M-# c} and @kbd{M-# k} use the full screen.
1240 @item Q
1241 Use Quick Mode for a single short calculation.
1243 @item K
1244 Turn Calc Keypad mode on or off.
1246 @item E
1247 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1249 @item J
1250 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1252 @item W
1253 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1255 @item Z
1256 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1258 @item X
1259 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1260 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1261 @end table
1262 @iftex
1263 @sp 2
1264 @end iftex
1266 @noindent
1267 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1269 @table @kbd
1270 @item G
1271 Grab the region into the Calculator as a vector.
1273 @item R
1274 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1276 @item :
1277 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1279 @item _
1280 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1282 @item Y
1283 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1284 @end table
1285 @iftex
1286 @sp 2
1287 @end iftex
1289 @noindent
1290 Commands for use with Embedded Mode:
1292 @table @kbd
1293 @item A
1294 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1295 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1296 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1298 @item D
1299 Duplicate the current formula immediately below and select
1300 the duplicate.
1302 @item F
1303 Insert a new formula at the current point.
1305 @item N
1306 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1308 @item P
1309 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1311 @item U
1312 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1314 @item `
1315 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1316 @end table
1317 @iftex
1318 @sp 2
1319 @end iftex
1321 @noindent
1322 Miscellaneous commands:
1324 @table @kbd
1325 @item I
1326 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1327 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1329 @item T
1330 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1332 @item S
1333 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1335 @item L
1336 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1337 are loaded only as they are needed.)
1339 @item M
1340 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1341 and record them as the current keyboard macro.
1343 @item 0
1344 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1345 its default state:  Empty stack, and default mode settings.
1346 With any prefix argument, reset everything but the stack.
1347 @end table
1349 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1350 @section History and Acknowledgements
1352 @noindent
1353 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1354 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1355 the value of @c{$2^{32}$}
1356 @cite{2^32}.  I didn't offhand, but I said, ``that's
1357 easy, just call up an @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported
1358 that the answer to our question was @samp{4.294967e+09}---with no way to
1359 see the full ten digits even though we knew they were there in the
1360 program's memory!  I was so annoyed, I vowed to write a calculator
1361 of my own, once and for all.
1363 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1364 and b) because, being only a text editor extension language after
1365 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1366 got too far out of hand.
1368 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1369 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1370 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1372 Emacs Lisp doesn't have built-in floating point math, so it had to be
1373 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1374 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1375 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1376 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1377 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1378 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1379 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1380 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1381 to look around for other data types that might be worth having.
1383 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1384 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1385 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I decided
1386 that these would be good for Calc to have, too.  And once things had
1387 gone this far, I figured I might as well take a look at serious algebra
1388 systems like Mathematica, Macsyma, and Maple for further ideas.  Since
1389 these systems did far more than I could ever hope to implement, I decided
1390 to focus on rewrite rules and other programming features so that users
1391 could implement what they needed for themselves.
1393 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1394 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1395 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1397 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1398 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1399 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1401 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1402 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1403 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1404 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1405 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1406 algebra system for microcomputers.
1408 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1409 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1410 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1411 rules, and many other algebra features; @c{Fran\c cois}
1412 @asis{Francois} Pinard, who contributed
1413 an early prototype of the Calc Summary appendix as well as providing
1414 valuable suggestions in many other areas of Calc; Carl Witty, whose eagle
1415 eyes discovered many typographical and factual errors in the Calc manual;
1416 Tim Kay, who drove the development of Embedded mode; Ove Ewerlid, who
1417 made many suggestions relating to the algebra commands and contributed
1418 some code for polynomial operations; Randal Schwartz, who suggested the
1419 @code{calc-eval} function; Robert J. Chassell, who suggested the Calc
1420 Tutorial and exercises; and Juha Sarlin, who first worked out how to split
1421 Calc into quickly-loading parts.  Bob Weiner helped immensely with the
1422 Lucid Emacs port.
1424 @cindex Bibliography
1425 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1426 @cindex Numerical Recipes
1427 @c Should these be expanded into more complete references?
1428 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1429 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1430 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1431 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis for
1432 the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham, Knuth,
1433 and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the @emph{CRC
1434 Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and Abramowitz and
1435 Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical Functions}.  I
1436 consulted the user's manuals for the HP-28 and HP-48 calculators, as
1437 well as for the programs Mathematica, SMP, Macsyma, Maple, MathCAD,
1438 Gnuplot, and others.  Also, of course, Calc could not have been written
1439 without the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil
1440 Lewis and Dan LaLiberte.
1442 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1443 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1444 finished in two weeks.
1446 @c [tutorial]
1448 @ifinfo
1449 @c This node is accessed by the `M-# t' command.
1450 @node Interactive Tutorial, , , Top
1451 @chapter Tutorial
1453 @noindent
1454 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1456 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1457 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1458 for this).
1460 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1461 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1462 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1463 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1465 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1466 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1467 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1468 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1469 @kbd{l} to return to where you were before.
1471 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1473 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1475 @menu
1476 * Tutorial::
1477 @end menu
1478 @end ifinfo
1480 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1481 @chapter Tutorial
1483 @noindent
1484 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1485 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1486 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1487 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1488 @c [not-split]
1489 to skip on to the rest of this manual.
1490 @c [when-split]
1491 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1493 @c [fix-ref Embedded Mode]
1494 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1495 The ``Quick Mode'' and ``Keypad Mode'' interfaces are fairly
1496 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1497 the ``Embedded Mode'' interface.
1499 @ifinfo
1500 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1501 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1502 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1503 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1504 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1505 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1506 @end ifinfo
1507 @iftex
1508 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1509 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1510 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1511 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1512 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1513 @end iftex
1515 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1516 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1517 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1518 general areas.
1520 @ifinfo
1521 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1522 it as you learn Calc.  @xref{Installation}, to see how to make a printed
1523 summary.  @xref{Summary}.
1524 @end ifinfo
1525 @iftex
1526 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1527 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1528 Calc.
1529 @end iftex
1531 @menu
1532 * Basic Tutorial::
1533 * Arithmetic Tutorial::
1534 * Vector/Matrix Tutorial::
1535 * Types Tutorial::
1536 * Algebra Tutorial::
1537 * Programming Tutorial::
1539 * Answers to Exercises::
1540 @end menu
1542 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1543 @section Basic Tutorial
1545 @noindent
1546 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1547 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1548 to control various modes of the Calculator.
1550 @menu
1551 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1552 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1553 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1554 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1555 @end menu
1557 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1558 @subsection RPN Calculations and the Stack
1560 @cindex RPN notation
1561 @ifinfo
1562 @noindent
1563 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1564 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1565 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1566 Jan Lukasiewicz.)
1567 @end ifinfo
1568 @tex
1569 \noindent
1570 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1571 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1572 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1573 Jan \L ukasiewicz.)
1574 @end tex
1576 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1577 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1578 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1579 from the top of the stack.
1581 @cindex Operators
1582 @cindex Operands
1583 In an operation like @cite{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1584 and the @cite{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1585 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1586 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1587 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1588 number of operands from the stack and pushes back the result.
1590 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1591 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1592 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1593 you wish; type @kbd{M-# c} to switch into the Calc window (you can type
1594 @kbd{M-# c} again or @kbd{M-# o} to switch back to the Tutorial window).
1595 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1596 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1597 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1598 will look at various points throughout the calculation:@refill
1600 @smallexample
1601 @group
1602     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1603                    .          1:  3              .
1604                                   .
1606   M-# c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1607 @end group
1608 @end smallexample
1610 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1611 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1612 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1613 less distracting in regular use.
1615 @cindex Stack levels
1616 @cindex Levels of stack
1617 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1618 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1619 @cite{x}, @cite{y}, @cite{z}, and @cite{t}.  Calc's stack can grow
1620 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1621 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1622 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1623 work on the top few levels of the stack.@refill
1625 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1626 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1627 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1628 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1629 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1630 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1631 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1632 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1633 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1634 if you are interested.
1636 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1637 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1638 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1639 automatically enters that number and then does the requested command.
1640 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.@refill
1642 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1643 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1645 @smallexample
1646 @group
1647 1:  2          2:  2          1:  5
1648     .          1:  3              .
1649                    .
1651   2 @key{RET}            3              +
1652 @end group
1653 @end smallexample
1655 @noindent
1656 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1657 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1658 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1660 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1661 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1662 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1663 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1664 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1665 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1666 return to where you were.)
1668 @noindent
1669 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1670 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1671 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1672 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1674 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute @c{$(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}$}
1675 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4} using the
1676 stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1678 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1679 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1680 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1681 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1682 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1683 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1684 results of the previous example at the beginning of a new example.
1685 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1686 clear away old results, the text will remind you to do so.
1688 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1689 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1690 spend a long time reformatting such a large stack.)
1692 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1693 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1694 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1695 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1696 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1698 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1699 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1700 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1702 @cindex Duplicating a stack entry
1703 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1704 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1706 @smallexample
1707 @group
1708 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1709     .          1:  3              .          1:  9              .
1710                    .                             .
1712   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1713 @end group
1714 @end smallexample
1716 @noindent
1717 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1718 to raise 3 to the fourth power.)
1720 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1721 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1722 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1724 @cindex Exchanging stack entries
1725 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1726 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1727 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1728 was @cite{20 / (2+3)}.
1730 @smallexample
1731 @group
1732 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1733     .          1:  20         1:  5              .
1734                    .              .
1736  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1737 @end group
1738 @end smallexample
1740 @noindent
1741 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1743 @smallexample
1744 @group
1745 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1746     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1747                    .          1:  3              .
1748                                   .
1750   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1751 @end group
1752 @end smallexample
1754 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1755 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1756 bringing the object in level 3 to the top.
1758 @smallexample
1759 @group
1760 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1761     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1762                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1763                                   .              .              .
1765   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1766 @end group
1767 @end smallexample
1769 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1770 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1771 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1772 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1774 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1775 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1776 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1777 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1779 @smallexample
1780 @group
1781 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1782     .              .          1:  16             .              .
1783                                   .
1785   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1786 @end group
1787 @end smallexample
1789 @noindent
1790 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1791 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1793 @cindex Pythagorean Theorem
1794 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1795 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1796 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1797 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1799 @smallexample
1800 @group
1801 1:  3          2:  3          1:  5
1802     .          1:  4              .
1803                    .
1805   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1806 @end group
1807 @end smallexample
1809 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1810 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1811 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1812 prefix for you:
1814 @smallexample
1815 @group
1816 1:  3          2:  3          1:  5
1817     .          1:  4              .
1818                    .
1820   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1821 @end group
1822 @end smallexample
1824 What happens if you take the square root of a negative number?
1826 @smallexample
1827 @group
1828 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1829     .              .              .
1831   4 @key{RET}            n              Q
1832 @end group
1833 @end smallexample
1835 @noindent
1836 The notation @cite{(a, b)} represents a complex number.
1837 Complex numbers are more traditionally written @c{$a + b i$}
1838 @cite{a + b i};
1839 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1840 @cite{(a, b)} notation.
1842 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1843 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1844 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1845 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1846 complex result.)
1848 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1849 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1851 @smallexample
1852 @group
1853 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1854     .          1:  2              .              3              .
1855                    .                             .
1857     (              2              ,              3              )
1858 @end group
1859 @end smallexample
1861 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1862 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1864 @smallexample
1865 @group
1866 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1867     .          1:  2          2:  2              5              5
1868                    .          1:  3              .              .
1869                                   .
1870                                                              (error)
1871     (             2 @key{RET}           3              +              +
1872 @end group
1873 @end smallexample
1875 @noindent
1876 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1877 produces an error message and leaves the stack the same.
1879 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1880 moved around by the regular stack commands.
1882 @smallexample
1883 @group
1884 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1885 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1886     .          1:  ( ...      1:  2              3
1887                    .              .              .
1889 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1890 @end group
1891 @end smallexample
1893 @noindent
1894 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1895 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1896 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1897 to use the comma.  It's up to you.
1899 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @cite{(2, 3)},
1900 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1901 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1902 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1903 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1905 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1906 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1907 the tutorial.
1909 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1910 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1911 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1912 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1913 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1914 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1915 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1917 @smallexample
1918 @group
1919 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1920     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1921                    .          1:  30         1:  30
1922                                   .              .
1924   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1925 @end group
1926 @end smallexample
1928 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1929 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1930 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1931 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1932 the second-to-top element of the stack:
1934 @smallexample
1935 @group
1936 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1937     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1938                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1939                                   .              .          1:  20
1940                                                                 .
1942   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1943 @end group
1944 @end smallexample
1946 @cindex Clearing the stack
1947 @cindex Emptying the stack
1948 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1949 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1950 entire stack.)
1952 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1953 @subsection Algebraic-Style Calculations
1955 @noindent
1956 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1957 Calculator in ``algebraic mode,'' which is closer to the way
1958 non-RPN calculators work.  In algebraic mode, you enter formulas
1959 in traditional @cite{2+3} notation.
1961 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1962 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1963 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1964 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1965 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1966 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1967 @key{DEL} to delete it from the stack.
1969 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1970 The result should be the number 9.
1972 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1973 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1974 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1975 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1976 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1978 @example
1979 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1980 @end example
1982 @noindent
1983 is equivalent to
1985 @example
1986 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1987 @end example
1989 @noindent
1990 or, in large mathematical notation,
1992 @ifinfo
1993 @example
1994 @group
1995     3 * 4 * 5
1996 2 + --------- - 9
1997           8
1998      6 * 7
1999 @end group
2000 @end example
2001 @end ifinfo
2002 @tex
2003 \turnoffactive
2004 \beforedisplay
2005 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
2006 \afterdisplay
2007 @end tex
2009 @noindent
2010 The result of this expression will be the number @i{-6.99999826533}.
2012 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
2013 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
2014 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
2015 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
2017 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
2018 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
2019 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @i{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
2020 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
2022 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is an
2023 ``algebraic mode'' you can select in which Calc automatically senses
2024 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
2025 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
2026 should appear in the Calc window's mode line.)
2028 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
2030 In algebraic mode, when you press any key that would normally begin
2031 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
2032 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
2033 an algebraic entry.
2035 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2036 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2037 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2038 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2039 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2041 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2042 be @cite{0.16227766017}.
2044 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2045 the apostrophe even if you are in algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2046 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2047 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2048 rule to use!
2050 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2051 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2052 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2054 Still in algebraic mode, type:
2056 @smallexample
2057 @group
2058 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2059     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2060                    .                             .
2062  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
2063 @end group
2064 @end smallexample
2066 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2067 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2068 after every entry, even for a simple number like @cite{1}.
2070 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special ``incomplete algebraic
2071 mode'' in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2072 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2073 a ``total algebraic mode,'' started by typing @kbd{m t}, in which all
2074 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2075 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of total algebraic
2076 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.  Total algebraic mode is not supported
2077 under Emacs 19.)
2079 If you're still in algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2081 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2082 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2083 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2084 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2085 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2086 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2087 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2088 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2089 of the stack.  Here, we perform the calculation @c{$\sqrt{2\times4+1}$}
2090 @cite{sqrt(2*4+1)},
2091 which on a traditional calculator would be done by pressing
2092 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2094 @smallexample
2095 @group
2096 1:  8          1:  9          1:  3
2097     .              .              .
2099   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
2100 @end group
2101 @end smallexample
2103 @noindent
2104 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2105 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2107 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2108 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2109 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2110 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2112 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2113 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
2115 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2116 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2117 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2118 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2119 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2120 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2121 or more letters or digits, beginning with a letter.
2123 @smallexample
2124 @group
2125 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2126     .                             .              .
2128     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
2129 @end group
2130 @end smallexample
2132 @noindent
2133 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2134 variables by the values that were stored in them.
2136 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2137 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2138 or by using the @kbd{s r} command.
2140 @smallexample
2141 @group
2142 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2143     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2144                    .          1:  2              .
2145                                   .
2147   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
2148 @end group
2149 @end smallexample
2151 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2152 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2153 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2154 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2155 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2156 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2158 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2159 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2161 @smallexample
2162 @group
2163 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2164     .                 .
2166  ' 2a+2b @key{RET}          =
2167 @end group
2168 @end smallexample
2170 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2171 alone, as are calls for which the value is undefined.
2173 @smallexample
2174 @group
2175 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2176     .
2178  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
2179 @end group
2180 @end smallexample
2182 @noindent
2183 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2184 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2185 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2186 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2187 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2188 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2189 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2190 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2191 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2192 automatically displays the first message only if the message is
2193 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2194 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2195 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2196 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2198 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2199 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2200 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2201 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2202 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2204 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2205 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2206 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2208 One interesting way to work with variables is to use the
2209 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2210 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2211 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2212 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2213 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2214 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2215 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2217 @smallexample
2218 @group
2219 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2220 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2221     .                                  .
2223 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2224 @end group
2225 @end smallexample
2227 @noindent
2228 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2229 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @cite{a}
2230 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2231 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2232 to see the effects on the formulas' values.
2234 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2236 @smallexample
2237 @group
2238 2:  2 + 5 => 5
2239 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2240     .
2242     s u a @key{RET}
2243 @end group
2244 @end smallexample
2246 We will encounter formulas involving variables and functions again
2247 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2249 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2250 @subsection Undo and Redo
2252 @noindent
2253 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2254 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2255 and restart Calc (@kbd{M-# M-# M-# M-#}) to make sure things start off
2256 with a clean slate.  Now:
2258 @smallexample
2259 @group
2260 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2261     .          1:  3              .          1:  3              .
2262                    .                             .
2264    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2265 @end group
2266 @end smallexample
2268 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2269 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2270 above example, you could type:
2272 @smallexample
2273 @group
2274 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2275     .          1:  3              .
2276                    .
2277                                                              (error)
2278                    U              U              U              U
2279 @end group
2280 @end smallexample
2282 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2283 mistakenly.
2285 @smallexample
2286 @group
2287     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2288                    .          1:  3              .              .
2289                                   .
2290                                                              (error)
2291                    D              D              D              D
2292 @end group
2293 @end smallexample
2295 @noindent
2296 It was not possible to redo past the @cite{6}, since that was placed there
2297 by something other than an undo command.
2299 @cindex Time travel
2300 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2301 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2302 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2303 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2304 again.  Thus, the inability to redo past the @cite{6} even though there
2305 was an earlier undo command.
2307 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2308 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2309 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2310 press @kbd{t d} now to turn it on.
2312 Let's try grabbing an earlier result.  The @cite{8} we computed was
2313 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2314 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2315 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2316 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2317 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2318 @cite{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2319 stack.
2321 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2322 went into the trail.
2324 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2325 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2326 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2327 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2328 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2329 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2330 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2331 continue the search forwards or backwards as you like.
2333 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2334 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2335 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2336 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2337 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2339 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2340 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2341 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2342 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2343 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2344 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2345 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2346 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2347 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2348 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  This may
2349 not work under Lucid Emacs, but you can also type @kbd{h h} to
2350 see all the help at once.
2352 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2354 @smallexample
2355 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2356 @end smallexample
2358 @noindent
2359 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2360 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2361 with a single capital letter showing which letter you press to get
2362 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2363 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2364 again to see more @kbd{t}-prefix comands.  Notice that the commands
2365 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2367 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2368 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2369 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2370 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2371 the prefix.
2373 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2374 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2375 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2376 to edit a stack entry.
2378 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2379 @c{$\pi$}
2380 @cite{pi}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2381 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2382 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2383 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2384 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2385 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2386 during entry of a number or algebraic formula.
2388 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2389 @subsection Mode-Setting Commands
2391 @noindent
2392 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2393 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2394 mode, namely algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2395 try some of the most common ones here.
2397 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2398 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2400 @smallexample
2401 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2402 @end smallexample
2404 @noindent
2405 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2406 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2407 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2408 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2409 we get @cite{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2410 leading and trailing zeros.
2412 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2413 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2414 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2416 @smallexample
2417 @group
2418 1:  0.142857142857
2419 2:  0.142857142857142857142857142857
2420     .
2421 @end group
2422 @end smallexample
2424 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2425 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2426 all, the true value @cite{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2427 Calc has to stop somewhere.
2429 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2430 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2432 Calculations always use the current precision.  For example, even
2433 though we have a 30-digit value for @cite{1/7} on the stack, if
2434 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2435 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2436 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2437 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2438 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2440 @smallexample
2441 @group
2442 1:  0.142857142857
2443 2:  0.142857142857142857142857142857
2444 3:  1.14285714286
2445     .
2446 @end group
2447 @end smallexample
2449 @noindent
2450 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2451 digit on the right from even the 12-digit value of @cite{1/7}.
2453 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2454 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2455 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2456 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2457 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2458 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2459 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2460 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2461 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2462 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2463 arithmetic.
2465 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2466 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2467 to convert an integer to floating-point form.
2469 Let's try entering that last calculation:
2471 @smallexample
2472 @group
2473 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2474     .          1:  10000          .
2475                    .
2477   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2478 @end group
2479 @end smallexample
2481 @noindent
2482 @cindex Scientific notation, entry of
2483 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2484 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2485 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2486 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2488 @smallexample
2489 @group
2490 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2491     .          1:  10000.         .
2492                    .
2494   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2495 @end group
2496 @end smallexample
2498 @cindex Round-off errors
2499 @noindent
2500 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2501 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2502 exact integer @cite{10000}, but in the second it contained
2503 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2504 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2505 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2506 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2507 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2508 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2509 out:
2511 @smallexample
2512 @group
2513     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2514                    .          1:  10000.         .
2515                                   .
2517  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2518 @end group
2519 @end smallexample
2521 @noindent
2522 @cindex Guard digits
2523 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2524 calculation using an integer or floating-point power, since we
2525 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2526 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2527 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2528 last place.
2530 @cindex Guard digits
2531 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2532 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2533 In each case, Calc added about two digits of precision during
2534 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2535 afterward.  In one case, it was enough; in the the other, it
2536 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2537 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2539 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2540 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2541 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2542 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2543 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2544 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2545 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2546 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2547 onto the stack and try some different display modes.  First,
2548 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2549 numbers shown here:
2551 @smallexample
2552 @group
2553 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2554 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2555 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2556 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2557     .              .              .              .              .
2559    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2560 @end group
2561 @end smallexample
2563 @noindent
2564 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2565 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2566 five significant figures reappeared.  The float format does not
2567 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2568 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2569 of numbers in the Calculator's memory.
2571 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2572 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2573 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2574 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2576 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2577 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2578 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2579 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2580 mode-changing command will appear in the new format.
2582 @smallexample
2583 @group
2584 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2585 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2586 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2587 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2588     .              .              .              .              .
2590     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2591 @end group
2592 @end smallexample
2594 @noindent
2595 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2596 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2597 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2598 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2599 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2600 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2601 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2603 Notice that the integer @cite{12345} was not affected by any
2604 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2605 displayed exactly.
2607 @cindex Large numbers, readability
2608 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2609 the result of @kbd{2^3^4}.
2611 @example
2612 2417851639229258349412352
2613 @end example
2615 @noindent
2616 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2618 @example
2619 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2620 @end example
2622 @noindent
2623 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2624 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2625 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2627 @example
2628 24178,51639,22925,83494,12352
2629 @end example
2631 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2632 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2633 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2635 @example
2636 24,17851,63922.9258349412352
2637 @end example
2639 @noindent
2640 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2641 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2643 @example
2644 24,17851,63922.92583,49412,352
2645 @end example
2647 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2648 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2650 @example
2651 24 17851 63922.92583 49412 352
2652 @end example
2654 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2655 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2656 restore the default precision.
2658 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2659 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2660 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2661 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2663 @example
2664 16#200000000000000000000
2665 @end example
2667 @noindent
2668 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2669 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2670 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2671 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2672 form:
2674 @example
2675 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2676 @end example
2678 @noindent
2679 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2680 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2681 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2682 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2683 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2684 stack in a separate window.  (Press @kbd{M-# M-#} when you are done.)
2686 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2687 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2688 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2689 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2690 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2692 @example
2693 2#101,1111,1110
2694 @end example
2696 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2697 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2698 other radix.
2700 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2702 @example
2703 1,534
2704 @end example
2706 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2707 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2708 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2709 to integers, fractions, and floats.
2711 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2712 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2713 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2714 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2715 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2716 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2717 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2718 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2719 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2721 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2722 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2723 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2724 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2725 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2726 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2727 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2728 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2730 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2731 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2732 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2733 the way they are actually computed.
2735 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2736 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2737 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2738 angle is measured in degrees.  For example,
2740 @smallexample
2741 @group
2742 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2743     .              .                    .                     .
2745     45             S                    2 ^                   c 1
2746 @end group
2747 @end smallexample
2749 @noindent
2750 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2751 of 45 degrees is @c{$\sqrt{2}/2$}
2752 @cite{sqrt(2)/2}; squaring this yields @cite{2/4 = 0.5}.
2753 However, there has been a slight roundoff error because the
2754 representation of @c{$\sqrt{2}/2$}
2755 @cite{sqrt(2)/2} wasn't exact.  The @kbd{c 1}
2756 command is a handy way to clean up numbers in this case; it
2757 temporarily reduces the precision by one digit while it
2758 re-rounds the number on the top of the stack.
2760 @cindex Roundoff errors, examples
2761 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2762 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2763 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2764 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2766 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2767 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2768 @c{$\pi\over4$}
2769 @cite{pi/4} radians.  To get @c{$\pi$}
2770 @cite{pi}, press the @kbd{P} key.  (Once
2771 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2772 @kbd{p} sets the precision.)
2774 @smallexample
2775 @group
2776 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2777     .                   .                .
2779     P                   4 /       m r    S
2780 @end group
2781 @end smallexample
2783 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2784 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2786 @smallexample
2787 @group
2788 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2789     .                    .                    .
2791     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2792 @end group
2793 @end smallexample
2795 @noindent
2796 Here we compute the Inverse Sine of @c{$\sqrt{0.5}$}
2797 @cite{sqrt(0.5)}, first in
2798 radians, then in degrees.
2800 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2801 and vice-versa.
2803 @smallexample
2804 @group
2805 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2806     .              .                      .
2808     45             c r                    c d
2809 @end group
2810 @end smallexample
2812 Another interesting mode is @dfn{fraction mode}.  Normally,
2813 dividing two integers produces a floating-point result if the
2814 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2815 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2816 number, instead.
2818 @smallexample
2819 @group
2820 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2821 1:  9              .                    .
2822     .
2824  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2825 @end group
2826 @end smallexample
2828 @noindent
2829 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2830 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2832 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2833 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2834 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2835 elements.)  Calculations involving fractions will always
2836 produce exact fractional results; fraction mode only says
2837 what to do when dividing two integers.
2839 @cindex Fractions vs. floats
2840 @cindex Floats vs. fractions
2841 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2842 why would you ever use floating-point numbers instead?
2843 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2845 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2846 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2847 again when we changed to fraction mode.  But if you use the
2848 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2849 recompute for you.
2851 @smallexample
2852 @group
2853 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2854     .                              .                      .
2856    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2857 @end group
2858 @end smallexample
2860 @noindent
2861 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2862 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2863 again when we change to fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2864 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2865 might affect their values.
2867 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2868 @section Arithmetic Tutorial
2870 @noindent
2871 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2872 available in the Calculator.
2874 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2875 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2876 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2877 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2879 @smallexample
2880 @group
2881 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2882     .              .              .              .              .
2884     5              &              &              n              n
2885 @end group
2886 @end smallexample
2888 @cindex Binary operators
2889 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2890 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2891 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2892 a negative prefix.
2894 @smallexample
2895 @group
2896 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2897 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2898 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2899     .                             .          1:  10             .
2900                                                  .
2902 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2903 @end group
2904 @end smallexample
2906 @cindex Unary operators
2907 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2908 stack entries with a numeric prefix, too.
2910 @smallexample
2911 @group
2912 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2913 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2914 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2915     .              .                      .
2917 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2918 @end group
2919 @end smallexample
2921 Notice that the results here are left in floating-point form.
2922 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2923 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2924 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2925 integer.
2927 @smallexample
2928 @group
2929 7:  2.         7:  2          7:  2
2930 6:  2.4        6:  2          6:  2
2931 5:  2.5        5:  2          5:  3
2932 4:  2.6        4:  2          4:  3
2933 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2934 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2935 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2936     .              .              .
2938                   M-7 F        U M-7 R
2939 @end group
2940 @end smallexample
2942 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2943 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2944 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2945 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2946 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2948 @smallexample
2949 @group
2950 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2951 1:  100            .          1:  100            .
2952     .                             .
2954 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2955 @end group
2956 @end smallexample
2958 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2960 @smallexample
2961 @group
2962 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2963 1:  1              .          1:  1              .
2964     .                             .
2966 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2967 @end group
2968 @end smallexample
2970 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2971 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2972 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2973 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2974 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2976 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2977 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2978 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@cite{e^x}) and @kbd{L} (natural
2979 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2980 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2982 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2983 identity @c{$\sin^2x + \cos^2x = 1$}
2984 @cite{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  We'll
2985 arbitrarily pick @i{-64} degrees as a good value for @cite{x}.  With
2986 the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2988 @smallexample
2989 @group
2990 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2991 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2992     .              .              .              .
2994  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2995 @end group
2996 @end smallexample
2998 @noindent
2999 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
3000 You can of course do these calculations to any precision you like.)
3002 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
3003 of squares, command.
3005 Another identity is @c{$\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}$}
3006 @cite{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
3007 @smallexample
3008 @group
3010 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
3011 1:  0.43837        .              .
3012     .
3014     U              /              I T
3015 @end group
3016 @end smallexample
3018 A physical interpretation of this calculation is that if you move
3019 @cite{0.89879} units downward and @cite{0.43837} units to the right,
3020 your direction of motion is @i{-64} degrees from horizontal.  Suppose
3021 we move in the opposite direction, up and to the left:
3023 @smallexample
3024 @group
3025 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
3026 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
3027     .              .
3029     U U            M-2 n          /              I T
3030 @end group
3031 @end smallexample
3033 @noindent
3034 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
3035 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3036 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3037 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3038 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3039 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3040 to give you a full 360-degree answer.
3042 @smallexample
3043 @group
3044 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3045 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3046     .                         1:  0.43837        .
3047                                   .
3049     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
3050 @end group
3051 @end smallexample
3053 @noindent
3054 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3055 point in opposite directions, just as we would expect.
3057 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3058 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3059 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3060 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3061 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3062 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3063 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3064 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3066 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3067 except that it is the @emph{difference}
3068 @c{$\cosh^2x - \sinh^2x$}
3069 @cite{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} that always equals one.
3070 Let's try to verify this identity.@refill
3072 @smallexample
3073 @group
3074 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3075 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3076     .              .              .              .              .
3078  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
3079 @end group
3080 @end smallexample
3082 @noindent
3083 @cindex Roundoff errors, examples
3084 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3085 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3086 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3087 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3088 error.
3090 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3091 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3092 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3093 0.99999, reasonably close to 1.
3095 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3096 a more reasonable value for @cite{x}!
3098 @cindex Common logarithm
3099 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3100 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3101 @cite{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3102 prefix.
3104 @smallexample
3105 @group
3106 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3107     .              .              .              .
3109     1000           L              U              H L
3110 @end group
3111 @end smallexample
3113 @noindent
3114 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3115 and compute a common logarithm instead.
3117 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3118 value of @var{b}.
3120 @smallexample
3121 @group
3122 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3123 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3124     .                                            .
3126  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
3127 @end group
3128 @end smallexample
3130 @noindent
3131 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3132 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3133 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3134 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @cite{e}
3135 onto the stack.
3137 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3138 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3139 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3140 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3141 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3142 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3143 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3144 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3145 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3146 probably wanted was @samp{1e1000}.
3148 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3149 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3150 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3152 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3153 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3154 which computes the product of all the integers up to a given number.
3156 @smallexample
3157 @group
3158 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3159     .              .                     .              .
3161     100            !                     U c f          !
3162 @end group
3163 @end smallexample
3165 @noindent
3166 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3167 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3168 of a floating-point number, you get a floating-point result
3169 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3170 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3171 in this case).
3173 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3174 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3175 @c{$\Gamma(n)$}
3176 @cite{gamma(n)}
3177 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3179 @smallexample
3180 @group
3181 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3182 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3183 1:  5.         1:  120.
3184     .              .
3186                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
3187 @end group
3188 @end smallexample
3190 @noindent
3191 Here we verify the identity @c{$n! = \Gamma(n+1)$}
3192 @cite{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3194 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}@c{ or $\displaystyle {n \choose m}$}
3195 @asis{} is defined by
3196 @c{$\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}$}
3197 @cite{n!@: / m!@: (n-m)!} for all reals @cite{n} and
3198 @cite{m}.  The intermediate results in this formula can become quite
3199 large even if the final result is small; the @kbd{k c} command computes
3200 a binomial coefficient in a way that avoids large intermediate
3201 values.
3203 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3204 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3205 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3207 @smallexample
3208 @group
3209 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3210 1:  20             .              .
3211     .
3213  30 @key{RET} 20         k c            k f
3214 @end group
3215 @end smallexample
3217 @noindent
3218 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3219 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3220 multiply them back together.  The result is the original number,
3221 30045015.
3223 @cindex Hash tables
3224 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3225 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3226 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3228 @smallexample
3229 @group
3230 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3231     .              .              .
3233     10000          k n            I k n
3234 @end group
3235 @end smallexample
3237 @noindent
3238 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3239 10000.
3241 @c [fix-ref Financial Functions]
3242 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3243 commands that deal with business and financial calculations (functions
3244 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3246 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3247 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3248 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3250 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3251 @section Vector/Matrix Tutorial
3253 @noindent
3254 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3255 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3256 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3257 a vector as a list of objects.
3259 @menu
3260 * Vector Analysis Tutorial::
3261 * Matrix Tutorial::
3262 * List Tutorial::
3263 @end menu
3265 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3266 @subsection Vector Analysis
3268 @noindent
3269 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3270 elements, taken pairwise.
3272 @smallexample
3273 @group
3274 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3275     .             1:  [7, 6, 0]         .
3276                       .
3278     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3279 @end group
3280 @end smallexample
3282 @noindent
3283 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3284 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3285 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3286 vectors so we can easily reuse them later.
3288 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3289 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3290 of the vectors.
3292 @smallexample
3293 @group
3294 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3295 1:  [7, 6, 0]         .
3296     .
3298     r 1 r 2           *
3299 @end group
3300 @end smallexample
3302 @cindex Dot product
3303 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3304 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3305 is interpreted as a line from the origin @cite{(0,0,0)} to the
3306 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3307 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3308 vector.
3310 @smallexample
3311 @group
3312 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3313 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3314 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3315     .                 .
3317     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3318 @end group
3319 @end smallexample
3321 @noindent
3322 First we recall the arguments to the dot product command, then
3323 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3324 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3325 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3326 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3327 is about 56 degrees.
3329 @cindex Cross product
3330 @cindex Perpendicular vectors
3331 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3332 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3333 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3334 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3335 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3336 our computation of the angle using the cross product.
3338 @smallexample
3339 @group
3340 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3341 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3342     .          1:  [7, 6, 0]
3343                    .
3345     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3346 @end group
3347 @end smallexample
3349 @noindent
3350 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3351 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3352 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3353 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3355 @c [fix-ref General Mode Commands]
3356 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3357 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3358 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3359 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3360 prefix keys have this property.)
3362 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3363 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3364 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3366 @smallexample
3367 @group
3368 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3369 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3370     .                                 .
3372     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3373 @end group
3374 @end smallexample
3376 @cindex Normalizing a vector
3377 @cindex Unit vectors
3378 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3379 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3380 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3381 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3383 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3384 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3385 those positions in the form of a vector, and another list of the
3386 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3387 Find the average position of the particle.
3388 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3390 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3391 @subsection Matrices
3393 @noindent
3394 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3395 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3396 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3397 both methods here:
3399 @smallexample
3400 @group
3401 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3402       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3403     .                             .
3405   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3406 @end group
3407 @end smallexample
3409 @noindent
3410 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3412 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3413 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3414 the second example.
3416 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3417 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3418 Row @cite{i}, column @cite{j} of the result is effectively the
3419 dot product of row @cite{i} of the left matrix by column @cite{j}
3420 of the right matrix.
3422 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3423 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3425 @smallexample
3426 @group
3427 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3428       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3429     .
3431     @key{RET} *
3432 @end group
3433 @end smallexample
3435 @noindent
3436 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3437 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3438 been left in symbolic form.
3440 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3442 @smallexample
3443 @group
3444 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3445       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3446 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3447       [ 2, 5 ]                                    .
3448       [ 3, 6 ] ]
3449     .
3451     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3452 @end group
3453 @end smallexample
3455 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3456 order of the operands can even change the dimensions of the result
3457 matrix, as happened here!
3459 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3460 single row or column depending on which side of the matrix it is
3461 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3462 as a row or column as appropriate.
3464 @smallexample
3465 @group
3466 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3467       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3468 1:  [1, 2, 3]
3469     .
3471     r 4 r 1                *
3472 @end group
3473 @end smallexample
3475 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3476 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3477 vector.
3479 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3480 of the above @c{$2\times3$}
3481 @asis{2x3} matrix to get @cite{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to
3482 sum along the columns to get @cite{[5, 7, 9]}.
3483 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3485 @cindex Identity matrix
3486 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3487 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3488 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3489 the original matrix.
3491 @smallexample
3492 @group
3493 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3494       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3495     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3496                              [ 0, 1, 0 ]
3497                              [ 0, 0, 1 ] ]
3498                            .
3500     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3501 @end group
3502 @end smallexample
3504 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3505 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3506 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3507 inverse of a matrix.
3509 @smallexample
3510 @group
3511 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3512       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3513       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3514     .                      .
3516     r 4 r 2 |  s 5         &
3517 @end group
3518 @end smallexample
3520 @noindent
3521 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3522 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3523 our matrix to make it square.
3525 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3527 @smallexample
3528 @group
3529 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3530       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3531       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3532     .                         .
3534     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3535 @end group
3536 @end smallexample
3538 @cindex Systems of linear equations
3539 @cindex Linear equations, systems of
3540 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3541 Suppose we had the following set of equations:
3543 @ifinfo
3544 @group
3545 @example
3546     a + 2b + 3c = 6
3547    4a + 5b + 6c = 2
3548    7a + 6b      = 3
3549 @end example
3550 @end group
3551 @end ifinfo
3552 @tex
3553 \turnoffactive
3554 \beforedisplayh
3555 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3556 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3557    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3558    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3559    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3560   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3561  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3562  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3564 \afterdisplayh
3565 @end tex
3567 @noindent
3568 This can be cast into the matrix equation,
3570 @ifinfo
3571 @group
3572 @example
3573    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3574      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3575      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3576 @end example
3577 @end group
3578 @end ifinfo
3579 @tex
3580 \turnoffactive
3581 \beforedisplay
3582 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3583    \times
3584    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3586 \afterdisplay
3587 @end tex
3589 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3590 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3592 @smallexample
3593 @group
3594 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3595 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3596       [ 4, 5, 6 ]
3597       [ 7, 6, 0 ] ]
3598     .
3600     [6,2,3] r 5            /
3601 @end group
3602 @end smallexample
3604 @noindent
3605 The result is the @cite{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3606 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3607 inverse.)
3609 Let's verify this solution:
3611 @smallexample
3612 @group
3613 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3614       [ 4, 5, 6 ]                    .
3615       [ 7, 6, 0 ] ]
3616 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3617     .
3619     r 5  @key{TAB}                         *
3620 @end group
3621 @end smallexample
3623 @noindent
3624 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3625 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3626 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3627 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3628 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3629 vectors, use explicit @c{$N\times1$}
3630 @asis{Nx1} or @c{$1\times N$}
3631 @asis{1xN} matrices instead.
3632 In this case, you would enter the original column vector as
3633 @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3635 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3636 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3637 system of equations to get expressions for @cite{x} and @cite{y}
3638 in terms of @cite{a} and @cite{b}.
3640 @ifinfo
3641 @group
3642 @example
3643    x + a y = 6
3644    x + b y = 10
3645 @end example
3646 @end group
3647 @end ifinfo
3648 @tex
3649 \turnoffactive
3650 \beforedisplay
3651 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3652              x &+ b y = 10}
3654 \afterdisplay
3655 @end tex
3657 @noindent
3658 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3660 @cindex Least-squares for over-determined systems
3661 @cindex Over-determined systems of equations
3662 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3663 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3664 there are no values for the variables that will satisfy all the
3665 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3666 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3667 you can't solve @cite{A X = B} directly because the matrix @cite{A}
3668 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3669 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3670 on the left by the transpose of @cite{A}:
3671 @ifinfo
3672 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3673 @end ifinfo
3674 @tex
3675 \turnoffactive
3676 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3677 @end tex
3678 Now @c{$A^T A$}
3679 @cite{trn(A)*A} is a square matrix so a solution is possible.  It
3680 turns out that the @cite{X} vector you compute in this way will be a
3681 ``least-squares'' solution, which can be regarded as the ``closest''
3682 solution to the set of equations.  Use Calc to solve the following
3683 over-determined system:@refill
3685 @ifinfo
3686 @group
3687 @example
3688     a + 2b + 3c = 6
3689    4a + 5b + 6c = 2
3690    7a + 6b      = 3
3691    2a + 4b + 6c = 11
3692 @end example
3693 @end group
3694 @end ifinfo
3695 @tex
3696 \turnoffactive
3697 \beforedisplayh
3698 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3699 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3700    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3701    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3702    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3703   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3704  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3705  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3706  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3708 \afterdisplayh
3709 @end tex
3711 @noindent
3712 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3714 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3715 @subsection Vectors as Lists
3717 @noindent
3718 @cindex Lists
3719 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3720 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3721 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3722 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3723 number.
3725 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3727 @smallexample
3728 @group
3729 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3730 2:  20             .                2:  20
3731 1:  30                              1:  30
3732     .                                   .
3734                    M-3 v p              v u
3735 @end group
3736 @end smallexample
3738 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3739 of many copies of a given value:
3741 @smallexample
3742 @group
3743 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3744     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3745                         .                   .
3747     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3748 @end group
3749 @end smallexample
3751 You can apply an operator to every element of a vector using the
3752 @dfn{map} command.
3754 @smallexample
3755 @group
3756 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3757     .                      .                            .
3759     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3760 @end group
3761 @end smallexample
3763 @noindent
3764 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3765 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3766 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3767 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3768 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3769 of each element.
3771 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3772 from @c{$2^{-4}$}
3773 @cite{2^-4} to @cite{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3775 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3776 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3777 elements in the vector:
3779 @smallexample
3780 @group
3781 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3782     .              .                           .
3784     123123         k f                         V R *
3785 @end group
3786 @end smallexample
3788 @noindent
3789 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3790 multiply those factors together again to yield the original number.
3792 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3793 reduction:
3795 @smallexample
3796 @group
3797 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3798 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3799     .
3801     r 1 r 2           V M *              V R +
3802 @end group
3803 @end smallexample
3805 @noindent
3806 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3807 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3808 for the dot product as before.
3810 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3811 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3812 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3814 @smallexample
3815 @group
3816 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3817     .                         .
3819     v x 6 @key{RET}                 V U *
3820 @end group
3821 @end smallexample
3823 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3824 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3825 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3826 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3827 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3828 vector size).
3830 @smallexample
3831 @group
3832 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3833     .                         .
3835     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3836 @end group
3837 @end smallexample
3839 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3840 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3841 ``abbreviated'' like this:
3843 @smallexample
3844 @group
3845 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3846     .                         .
3848     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3849 @end group
3850 @end smallexample
3852 @noindent
3853 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3854 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3855 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3856 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3857 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3858 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3859 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3861 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3862 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3863 with the full, unabbreviated value.
3865 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3866 @cindex Fitting data to a line
3867 @cindex Line, fitting data to
3868 @cindex Data, extracting from buffers
3869 @cindex Columns of data, extracting
3870 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3871 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3872 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3873 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3874 of values in a file we have loaded into Emacs:
3876 @smallexample
3877   x        y
3878  ---      ---
3879  1.34    0.234
3880  1.41    0.298
3881  1.49    0.402
3882  1.56    0.412
3883  1.64    0.466
3884  1.73    0.473
3885  1.82    0.601
3886  1.91    0.519
3887  2.01    0.603
3888  2.11    0.637
3889  2.22    0.645
3890  2.33    0.705
3891  2.45    0.917
3892  2.58    1.009
3893  2.71    0.971
3894  2.85    1.062
3895  3.00    1.148
3896  3.15    1.157
3897  3.32    1.354
3898 @end smallexample
3900 @noindent
3901 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3902 easiest to press @kbd{M-# i} to enter the on-line Info version of
3903 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3904 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3906 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3907 to the left of the @cite{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3908 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3909 Now position the cursor to the lower-right, just after the @cite{1.354}.
3910 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3911 in the Info buffer, type @kbd{M-# r}.  This command
3912 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3913 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.@refill
3915 @smallexample
3916 @group
3917 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3918       [ 1.41, 0.298 ]
3919       @dots{}
3920 @end group
3921 @end smallexample
3923 @noindent
3924 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3925 large matrix.)
3927 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3928 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3929 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3930 of row vectors on the stack.
3932 @smallexample
3933 @group
3934 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3935       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3936     .                                      .
3938     v t                                    v u
3939 @end group
3940 @end smallexample
3942 @noindent
3943 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3945 @smallexample
3946 @group
3947 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3948     .
3950     t 2                             t 1
3951 @end group
3952 @end smallexample
3954 @noindent
3955 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3956 stored value from the stack.)
3958 In a least squares fit, the slope @cite{m} is given by the formula
3960 @ifinfo
3961 @example
3962 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3963 @end example
3964 @end ifinfo
3965 @tex
3966 \turnoffactive
3967 \beforedisplay
3968 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3969         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3970 \afterdisplay
3971 @end tex
3973 @noindent
3974 where @c{$\sum x$}
3975 @cite{sum(x)} represents the sum of all the values of @cite{x}.
3976 While there is an actual @code{sum} function in Calc, it's easier to
3977 sum a vector using a simple reduction.  First, let's compute the four
3978 different sums that this formula uses.
3980 @smallexample
3981 @group
3982 1:  41.63                 1:  98.0003
3983     .                         .
3985  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3987 @end group
3988 @end smallexample
3989 @noindent
3990 @smallexample
3991 @group
3992 1:  13.613                1:  33.36554
3993     .                         .
3995  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3996 @end group
3997 @end smallexample
3999 @ifinfo
4000 @noindent
4001 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
4002 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
4003 @samp{sum(x y)}.)
4004 @end ifinfo
4005 @tex
4006 \turnoffactive
4007 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
4008 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
4009 $\sum x y$.)
4010 @end tex
4012 Finally, we also need @cite{N}, the number of data points.  This is just
4013 the length of either of our lists.
4015 @smallexample
4016 @group
4017 1:  19
4018     .
4020  r 1 v l   t 7
4021 @end group
4022 @end smallexample
4024 @noindent
4025 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
4027 Now we grind through the formula:
4029 @smallexample
4030 @group
4031 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
4032     .          1:  566.70919      .
4033                    .
4035  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4037 @end group
4038 @end smallexample
4039 @noindent
4040 @smallexample
4041 @group
4042 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4043 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4044     .          1:  1733.0569      .
4045                    .
4047  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4048 @end group
4049 @end smallexample
4051 That gives us the slope @cite{m}.  The y-intercept @cite{b} can now
4052 be found with the simple formula,
4054 @ifinfo
4055 @example
4056 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4057 @end example
4058 @end ifinfo
4059 @tex
4060 \turnoffactive
4061 \beforedisplay
4062 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4063 \afterdisplay
4064 \vskip10pt
4065 @end tex
4067 @smallexample
4068 @group
4069 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4070     .          1:  21.70658       .              .
4071                    .
4073    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4074 @end group
4075 @end smallexample
4077 Let's ``plot'' this straight line approximation, @c{$y \approx m x + b$}
4078 @cite{m x + b}, and compare it with the original data.@refill
4080 @smallexample
4081 @group
4082 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4083     .                           .
4085     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4086 @end group
4087 @end smallexample
4089 @noindent
4090 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4091 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4092 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4093 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4095 We can subtract this vector from our original @cite{y} vector to get
4096 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4098 @smallexample
4099 @group
4100 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4101     .                            .                            .
4103     r 2 -                        V M A                        V R X
4104 @end group
4105 @end smallexample
4107 @noindent
4108 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4109 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4110 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4111 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4112 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4113 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4114 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4115 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4116 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4118 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4119 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4120 GNUPLOT 3.0, the following instructions will work regardless of the
4121 kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4122 may require additional steps to view the graphs.)
4124 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
4125 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4126 command does everything you need to do for simple, straightforward
4127 plotting of data.
4129 @smallexample
4130 @group
4131 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4132 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4133     .
4135     r 1 r 2    g f
4136 @end group
4137 @end smallexample
4139 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4140 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4141 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4142 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4143 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4144 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4146 Next, let's add the line we got from our least-squares fit:
4148 @smallexample
4149 @group
4150 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4151 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4152     .
4154     @key{DEL} r 0    g a  g p
4155 @end group
4156 @end smallexample
4158 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4159 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4160 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4162 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4163 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4164 points are really 19 equations of the form @cite{y_i = m x_i + b} for
4165 different pairs of @cite{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4166 to solve for @cite{m} and @cite{b}, duplicating the above result.
4167 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4169 @cindex Geometric mean
4170 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4171 rectangle, you can use @w{@kbd{M-# g}} (@code{calc-grab-region})
4172 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4173 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4174 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4175 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4177 @example
4178 2.3  6  22  15.1  7
4179   15  14  7.5
4180   2.5
4181 @end example
4183 @noindent
4184 The @kbd{M-# g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4185 with or without surrounding vector brackets.
4186 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4188 @ifinfo
4189 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4190 us that the alternating sum of binomial coefficients
4191 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4192 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4193 always comes out to zero.  Let's verify this
4194 for @cite{n=6}.@refill
4195 @end ifinfo
4196 @tex
4197 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4198 us that the alternating sum of binomial coefficients
4199 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4200 always comes out to zero.  Let's verify this
4201 for \cite{n=6}.
4202 @end tex
4204 @smallexample
4205 @group
4206 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4207     .                             .
4209     v x 7 @key{RET}                     1 -
4211 @end group
4212 @end smallexample
4213 @noindent
4214 @smallexample
4215 @group
4216 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4217     .                                        .
4219     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4220 @end group
4221 @end smallexample
4223 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4224 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4225 inside this expression represents the argument to the function.
4226 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4227 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4229 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4230 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4231 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4232 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4233 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4234 would act exactly like @kbd{-}.
4236 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4237 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4238 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4239 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4240 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4241 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4242 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4243 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4244 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4245 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4246 property that a nameless function is not actually evaluated until
4247 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4248 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4249 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4250 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4252 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4253 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4254 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4255 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4257 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4258 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4259 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4260 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4261 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4262 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4264 @cindex Divisor functions
4265 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @cite{k}th @dfn{divisor function}
4266 @tex
4267 $\sigma_k(n)$
4268 @end tex
4269 is the sum of the @cite{k}th powers of all the divisors of an
4270 integer @cite{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4271 function for reasonably small values of @cite{n}.  As a test,
4272 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4273 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4275 @cindex Square-free numbers
4276 @cindex Duplicate values in a list
4277 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4278 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4279 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4280 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4281 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4282 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4283 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4285 @cindex Triangular lists
4286 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4287 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4288 command to enable multi-line display of vectors.)
4290 @smallexample
4291 @group
4292 1:  [ [1],
4293       [1, 2],
4294       [1, 2, 3],
4295       [1, 2, 3, 4],
4296       [1, 2, 3, 4, 5],
4297       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4298 @end group
4299 @end smallexample
4301 @noindent
4302 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4304 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4306 @smallexample
4307 @group
4308 1:  [ [0],
4309       [1, 2],
4310       [3, 4, 5],
4311       [6, 7, 8, 9],
4312       [10, 11, 12, 13, 14],
4313       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4314 @end group
4315 @end smallexample
4317 @noindent
4318 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4320 @cindex Maximizing a function over a list of values
4321 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4322 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4323 @c{$J_1(x)$}
4324 @cite{J1} function @samp{besJ(1,x)} for @cite{x} from 0 to 5
4325 in steps of 0.25.
4326 Find the value of @cite{x} (from among the above set of values) for
4327 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4328 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4329 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4330 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4331 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})@refill
4333 @cindex Digits, vectors of
4334 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4335 @c{$0 \le N < 10^m$}
4336 @cite{0 <= N < 10^m} for @cite{m=12} (i.e., an integer of less than
4337 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @cite{m}
4338 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4339 add one to this integer to produce a vector of @cite{m+1} digits
4340 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4341 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4342 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4344 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4345 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4346 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4348 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4349 is @c{$\pi$}
4350 @cite{pi}.  The area of the @c{$2\times2$}
4351 @asis{2x2} square that encloses that
4352 circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at random points in the square,
4353 about @c{$\pi/4$}
4354 @cite{pi/4} of them will land inside the circle.  This gives us
4355 an entertaining way to estimate the value of @c{$\pi$}
4356 @cite{pi}.  The @w{@kbd{k r}}
4357 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4358 We could get a random floating-point number between @i{-1} and 1 by typing
4359 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @cite{(x,y)} points in
4360 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4361 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4362 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4364 @cindex Matchstick problem
4365 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4366 another way to calculate @c{$\pi$}
4367 @cite{pi}.  Say you have an infinite field
4368 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4369 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4370 a line turns out to be @c{$2/\pi$}
4371 @cite{2/pi}.  Toss 100 matchsticks to estimate
4372 @c{$\pi$}
4373 @cite{pi}.  (If you want still more fun, the probability that the GCD
4374 (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is one turns out to be @c{$6/\pi^2$}
4375 @cite{6/pi^2}.
4376 That provides yet another way to estimate @c{$\pi$}
4377 @cite{pi}.)
4378 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4380 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4381 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4382 (ASCII) codes of the characters (here, @cite{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4383 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4384 which is just an integer that represents the value of that string.
4385 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4386 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4387 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4388 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4389 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4390 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4391 One popular hash function is computed as follows:  First set @cite{h = 0}.
4392 Then, for each character from the string in turn, set @cite{h = 3h + c_i}
4393 where @cite{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4394 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4395 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4396 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4397 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4399 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4400 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4401 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4402 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4403 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4404 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4405 @cite{(0,0)}; then take one step a random distance between @i{-1} and 1
4406 in both @cite{x} and @cite{y}; then take another step, and so on.  Use the
4407 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4408 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4409 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4410 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4412 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4413 @section Types Tutorial
4415 @noindent
4416 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4417 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4419 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4420 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4421 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4422 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4423 which can exactly represent any rational number.
4425 @smallexample
4426 @group
4427 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4428     .          1:  49             .              .              .
4429                    .
4431     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4432 @end group
4433 @end smallexample
4435 @noindent
4436 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4437 would normally divide integers to get a floating-point result.
4438 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4439 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4440 fraction beginning with 49.
4442 You can convert between floating-point and fractional format using
4443 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4445 @smallexample
4446 @group
4447 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4448     .                       .
4450     c f                     c F
4451 @end group
4452 @end smallexample
4454 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4455 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4456 same, to within the current precision.
4458 @smallexample
4459 @group
4460 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4461     .                   .                    .            .
4463     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4464 @end group
4465 @end smallexample
4467 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4468 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4469 product of @c{$\pi$}
4470 @cite{pi} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4471 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4473 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4475 @smallexample
4476 @group
4477 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4478     .          .             .              .              .
4480     9 n        Q             c p            2 *            Q
4481 @end group
4482 @end smallexample
4484 @noindent
4485 The square root of @i{-9} is by default rendered in rectangular form
4486 (@w{@cite{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4487 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4488 operations are defined on both types of complex numbers.
4490 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4491 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4492 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4493 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4494 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4495 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4496 algebraic entry.
4498 @smallexample
4499 @group
4500 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4501 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4502     .              .              .              .
4504 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4505 @end group
4506 @end smallexample
4508 @noindent
4509 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4510 number (like @i{-17}) has no effect, except that since @i{-17}
4511 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4512 (``A huge positive number, multiplied by @i{-17}, yields a huge
4513 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4514 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4515 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4516 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4517 the answer to be @i{-72} for this.  But the 72 has been completely
4518 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4519 the finite difference between them, if any, is indetectable.
4520 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4521 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4523 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4524 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4525 to turn on ``infinite mode.''
4527 @smallexample
4528 @group
4529 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4530 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4531 1:  0              .              .              .
4532     .
4534   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4535 @end group
4536 @end smallexample
4538 @noindent
4539 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4540 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4541 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4542 @cite{1 / x} around @w{@cite{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4543 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4544 infinity as you approach from below.  Since we said only @cite{1 / 0},
4545 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4546 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4547 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4548 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4549 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4550 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4551 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4552 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4553 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4554 that matter, with anything else.
4556 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4557 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4558 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4559 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4560 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4562 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4563 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4564 a complex number?  Can it stand for infinity?
4565 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4567 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4568 seconds.
4570 @smallexample
4571 @group
4572 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4573     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4574                                         .
4576   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4577 @end group
4578 @end smallexample
4580 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4581 seconds.
4583 @smallexample
4584 @group
4585 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4586     .              .              .                     .
4588     0.5            I T            c h                   S
4589 @end group
4590 @end smallexample
4592 @noindent
4593 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4594 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4595 functions will accept HMS forms directly as input.
4597 @cindex Beatles
4598 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4599 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4600 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4601 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4602 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4604 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4605 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4606 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4608 @smallexample
4609 @group
4610 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4611 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4612     .
4614 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4615 @end group
4616 @end smallexample
4618 @noindent
4619 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4620 number of days between them.  It is also possible to add an
4621 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4622 date form.
4624 @smallexample
4625 @group
4626 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4627     .                                    .
4629     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4630 @end group
4631 @end smallexample
4633 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4634 @noindent
4635 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4636 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4637 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4638 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4639 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4640 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4642 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4643 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4645 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4646 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4648 @cindex Slope and angle of a line
4649 @cindex Angle and slope of a line
4650 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4651 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4652 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4653 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4654 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4655 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4657 @smallexample
4658 @group
4659 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4660     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4661                      .
4663     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4664 @end group
4665 @end smallexample
4667 @noindent
4668 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4669 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4670 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4672 @cindex Torus, volume of
4673 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4674 @c{$2 \pi^2 R r^2$}
4675 @w{@cite{2 pi^2 R r^2}} where @cite{R} is the radius of the circle that
4676 defines the center of the tube and @cite{r} is the radius of the tube
4677 itself.  Suppose @cite{R} is 20 cm and @cite{r} is 4 cm, each known to
4678 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4679 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4681 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4682 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4683 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4684 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4685 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4687 @smallexample
4688 @group
4689 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4690     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4691                       .
4693   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4694 @end group
4695 @end smallexample
4697 @noindent
4698 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4699 is sure to lie in the range shown.
4701 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4702 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4703 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4704 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4705 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4706 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4707 the other.
4709 @smallexample
4710 @group
4711 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4712     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4713                                       .
4715   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4716 @end group
4717 @end smallexample
4719 @noindent
4720 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4721 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4722 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4723 or both endpoints.
4725 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4726 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4727 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4728 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4729 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4731 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4732 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4733 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4734 If not, which of these will result in a larger interval?
4735 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4737 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4738 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4739 or 24 hours.
4741 @smallexample
4742 @group
4743 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4744     .                .                .                .
4746     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4747 @end group
4748 @end smallexample
4750 @noindent
4751 In this last step, Calc has found a new number which, when multiplied
4752 by 5 modulo 24, produces the original number, 21.  If @var{m} is prime
4753 it is always possible to find such a number.  For non-prime @var{m}
4754 like 24, it is only sometimes possible.
4756 @smallexample
4757 @group
4758 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4759     .                .                .                .
4761     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4762 @end group
4763 @end smallexample
4765 @noindent
4766 These two calculations get the same answer, but the first one is
4767 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4768 that arises in the second one.
4770 @cindex Fermat, primality test of
4771 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4772 says that @c{\w{$x^{n-1} \bmod n = 1$}}
4773 @cite{x^(n-1) mod n = 1} if @cite{n} is a prime number
4774 and @cite{x} is an integer less than @cite{n}.  If @cite{n} is
4775 @emph{not} a prime number, this will @emph{not} be true for most
4776 values of @cite{x}.  Thus we can test informally if a number is
4777 prime by trying this formula for several values of @cite{x}.
4778 Use this test to tell whether the following numbers are prime:
4779 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4781 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4782 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4783 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4784 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4786 @smallexample
4787 @group
4788 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4789     .                                 .
4791     x time @key{RET}                        n
4792 @end group
4793 @end smallexample
4795 @noindent
4796 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4798 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4799 is about @c{$\pi \times 10^7$}
4800 @w{@cite{pi * 10^7}} seconds.  What time will it be that
4801 many seconds from right now?  @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4803 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4804 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4805 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4806 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4807 of music.  Should you order single or double packages?
4808 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4810 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4811 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4812 application of algebraic expressions, where we use variables with
4813 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4814 like centimeters and inches.
4816 @smallexample
4817 @group
4818 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4819     .               .                .                   .
4821     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4822 @end group
4823 @end smallexample
4825 @noindent
4826 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4827 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4828 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4829 which in this case means meters.
4831 @smallexample
4832 @group
4833 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4834     .              .                  .              .
4836  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4838 @end group
4839 @end smallexample
4840 @noindent
4841 @smallexample
4842 @group
4843 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4844     .                .                     .
4846     u s              2 ^                   u c cgs
4847 @end group
4848 @end smallexample
4850 @noindent
4851 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4852 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4853 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4854 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4855 being interpreted as unit names.
4857 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4858 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4859 as its standard unit of length.
4861 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4863 @smallexample
4864 @group
4865 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4866     .              .                  .                     .
4868  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4869 @end group
4870 @end smallexample
4872 @noindent
4873 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4874 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4875 finally in terms of fractions of the speed of light.
4877 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4878 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4879 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4880 units there is no difference, but temperature units have an offset
4881 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4882 for them.
4884 @smallexample
4885 @group
4886 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4887     .                 .                    .                 .
4889   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4890 @end group
4891 @end smallexample
4893 @noindent
4894 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4895 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4896 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4897 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4898 for easier comparison with the other result.
4900 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4901 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4902 When you use this method, you're responsible for remembering which
4903 numbers are in which units:
4905 @smallexample
4906 @group
4907 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4908     .              .                        .
4910     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4911 @end group
4912 @end smallexample
4914 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4915 @w{@kbd{M-# c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4916 at the units table.
4918 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4919 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4921 @cindex Speed of light
4922 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4923 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4924 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4925 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4926 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4928 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4929 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4930 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4931 swallow and still travel legally on most US highways?
4932 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4934 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4935 @section Algebra and Calculus Tutorial
4937 @noindent
4938 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4939 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4940 formulas.
4942 @menu
4943 * Basic Algebra Tutorial::
4944 * Rewrites Tutorial::
4945 @end menu
4947 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4948 @subsection Basic Algebra
4950 @noindent
4951 If you enter a formula in algebraic mode that refers to variables,
4952 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4953 formulas as regular data objects.
4955 @smallexample
4956 @group
4957 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4958     .                   .                   .
4960     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4961 @end group
4962 @end smallexample
4964 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4965 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4966 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4968 There are also commands for doing common algebraic operations on
4969 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4971 @smallexample
4972 @group
4973 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4974     .                                     .
4976     a x                                   a c x @key{RET}
4977 @end group
4978 @end smallexample
4980 @noindent
4981 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4982 terms involving like powers of @cite{x}.
4984 Let's find the value of this expression when @cite{x} is 2 and @cite{y}
4985 is one-half.
4987 @smallexample
4988 @group
4989 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4990     .                           .
4992     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4993 @end group
4994 @end smallexample
4996 @noindent
4997 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4998 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4999 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
5000 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
5001 back to its original value, if any.
5003 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
5004 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
5005 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
5006 properly.)
5008 @cindex Maximum of a function using Calculus
5009 Let's find the maximum value of our original expression when @cite{y}
5010 is one-half and @cite{x} ranges over all possible values.  We can
5011 do this by taking the derivative with respect to @cite{x} and examining
5012 values of @cite{x} for which the derivative is zero.  If the second
5013 derivative of the function at that value of @cite{x} is negative,
5014 the function has a local maximum there.
5016 @smallexample
5017 @group
5018 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
5019     .                           .
5021     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
5022 @end group
5023 @end smallexample
5025 @noindent
5026 Well, the derivative is clearly zero when @cite{x} is zero.  To find
5027 the other root(s), let's divide through by @cite{x} and then solve:
5029 @smallexample
5030 @group
5031 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5032     .                          .                            .
5034     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
5036 @end group
5037 @end smallexample
5038 @noindent
5039 @smallexample
5040 @group
5041 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5042     .                          .
5044     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
5045 @end group
5046 @end smallexample
5048 @noindent
5049 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5050 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5051 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5053 Now we compute the second derivative and plug in our values of @cite{x}:
5055 @smallexample
5056 @group
5057 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5058     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5059                        .                   .
5061     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
5062 @end group
5063 @end smallexample
5065 @noindent
5066 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5067 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5068 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
5069 to delete the @samp{x}.)
5071 @smallexample
5072 @group
5073 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5074 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5075     .                                  .
5077     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
5078 @end group
5079 @end smallexample
5081 @noindent
5082 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5083 has a maximum value at @cite{x = 1.19023}.  (The function also has a
5084 local @emph{minimum} at @cite{x = 0}.)
5086 When we solved for @cite{x}, we got only one value even though
5087 @cite{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5088 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5089 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5090 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @cite{+}.
5091 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5092 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5094 @smallexample
5095 @group
5096 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5097     .                      .                       .
5099     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
5100 @end group
5101 @end smallexample
5103 @noindent
5104 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5105 it is supposed to be either @i{+1} or @i{-1}.  Here we have used
5106 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5107 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5108 negative, answer, so @cite{x = -1.19023} is also a maximum.
5110 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @cite{x}
5111 into the original formula.
5113 @smallexample
5114 @group
5115 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5116 1:  x = 1.19023 s1            .
5117     .
5119     r 1 r 5                   s l @key{RET}
5120 @end group
5121 @end smallexample
5123 @noindent
5124 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5125 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5126 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5128 It's clear that this will have the same value for either sign of
5129 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5131 @smallexample
5132 @group
5133 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5134 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5135     .
5137   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
5138 @end group
5139 @end smallexample
5141 @noindent
5142 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5143 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5144 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5145 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5146 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5147 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5148 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5149 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5150 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5151 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5153 If there had been several different values, we could have used
5154 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5156 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5157 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5158 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5159 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5160 @cite{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5161 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5162 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5163 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5165 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5166 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5167 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5168 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5169 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5170 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5172 The @kbd{m s} command enables ``symbolic mode,'' in which formulas
5173 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5174 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5175 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5177 @smallexample
5178 @group
5179 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5180 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5181     .                        .
5183     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5184 @end group
5185 @end smallexample
5187 One more mode that makes reading formulas easier is ``Big mode.''
5189 @smallexample
5190 @group
5191                3
5192 2:  34 x - 24 x
5194       ____   ____
5195      V 51   V 51
5196 1:  [-----, -----, 0]
5197        6     -6
5199     .
5201     d B
5202 @end group
5203 @end smallexample
5205 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5206 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5207 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, and @TeX{} mode.
5209 @smallexample
5210 @group
5211 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5212 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5213     .                                     .
5215     d C                                   d F
5217 @end group
5218 @end smallexample
5219 @noindent
5220 @smallexample
5221 @group
5222 3:  34 x - 24 x^3
5223 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5224 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5225     .
5227     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5228 @end group
5229 @end smallexample
5231 @noindent
5232 As you can see, language modes affect both entry and display of
5233 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5234 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5235 and notations for vectors and matrices.
5237 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5238 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5239 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5240 produced by the various language modes to make sure they are fully
5241 correct.
5243 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5244 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5245 are shown in normal mode.)
5247 @cindex Area under a curve
5248 What is the area under the portion of this curve from @cite{x = 1} to @cite{2}?
5249 This is simply the integral of the function:
5251 @smallexample
5252 @group
5253 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5254     .                          .
5256     r 1                        a i x
5257 @end group
5258 @end smallexample
5260 @noindent
5261 We want to evaluate this at our two values for @cite{x} and subtract.
5262 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5264 @smallexample
5265 @group
5266 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5267 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5269    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5270 @end group
5271 @end smallexample
5273 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @cite{y}
5274 of @c{$x \sin \pi x$}
5275 @w{@cite{x sin(pi x)}} (where the sine is calculated in radians).
5276 Find the values of the integral for integers @cite{y} from 1 to 5.
5277 @xref{Algebra Answer 3, 3}. (@bullet{})
5279 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5280 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5281 under the curve @c{$\sin x \ln x$}
5282 @cite{sin(x) ln(x)} over the same range of @cite{x}.  If
5283 you entered this formula and typed @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try
5284 this), Calc would work for a long time but would be unable to find a
5285 solution.  In fact, there is no closed-form solution to this integral.
5286 Now what do we do?
5288 @cindex Integration, numerical
5289 @cindex Numerical integration
5290 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5291 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5292 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5293 We can save some time by reducing the working precision.
5295 @smallexample
5296 @group
5297 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5298 2:  1                       .
5299 1:  0.1
5300     .
5302  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5303 @end group
5304 @end smallexample
5306 @noindent
5307 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5308 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5310 @smallexample
5311 @group
5312 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5313 1:  sin(x) ln(x)                    .
5314     .
5316     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5318 @end group
5319 @end smallexample
5320 @noindent
5321 @smallexample
5322 @group
5323 1:  3.4195     0.34195
5324     .          .
5326     V R +      0.1 *
5327 @end group
5328 @end smallexample
5330 @noindent
5331 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5332 to radians mode?)
5334 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5335 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5336 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5337 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5338 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5339 is the same for every box.)
5341 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5342 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5344 @smallexample
5345 @group
5346 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5347     .                   .
5349     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5350 @end group
5351 @end smallexample
5353 @noindent
5354 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5355 about the point @cite{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5356 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5358 @smallexample
5359 @group
5360 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5361     .                        .                            .
5363     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5364 @end group
5365 @end smallexample
5367 @noindent
5368 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5369 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5370 (Taylor series converge better away from singularities in the
5371 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5372 expand the series about the points @cite{x=2} or @cite{x=1.5} instead
5373 of @cite{x=1}.)
5375 @cindex Simpson's rule
5376 @cindex Integration by Simpson's rule
5377 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5378 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5379 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5380 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5381 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5382 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5383 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5384 down to the formula,
5386 @ifinfo
5387 @example
5388 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5389               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5390 @end example
5391 @end ifinfo
5392 @tex
5393 \turnoffactive
5394 \beforedisplay
5395 $$ \displaylines{
5396       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5397    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5398 } $$
5399 \afterdisplay
5400 @end tex
5402 @noindent
5403 where @cite{n} (which must be even) is the number of slices and @cite{h}
5404 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5405 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5406 method:
5408 @ifinfo
5409 @example
5410 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5411           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5412 @end example
5413 @end ifinfo
5414 @tex
5415 \turnoffactive
5416 \beforedisplay
5417 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5418            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5419 \afterdisplay
5420 @end tex
5422 Compute the integral from 1 to 2 of @c{$\sin x \ln x$}
5423 @cite{sin(x) ln(x)} using
5424 Simpson's rule with 10 slices.  @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5426 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5427 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5428 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5429 result until the current precision is satisfied.
5431 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5432 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5433 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5434 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5435 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5436 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5437 details and examples.
5439 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5440 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5442 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5443 @subsection Rewrite Rules
5445 @noindent
5446 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5447 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5448 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5449 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5451 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5453 @smallexample
5454 @group
5455 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5456     .
5458     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5459 @end group
5460 @end smallexample
5462 @noindent
5463 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5464 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5465 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5466 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5467 rules just for practice.
5469 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5471 @smallexample
5472 @group
5473 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5474     .
5476     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5477 @end group
5478 @end smallexample
5480 @noindent
5481 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5482 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5483 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5484 it as a rewrite rule.)
5486 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5487 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5488 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5489 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5490 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5491 the actual variable @samp{x}.
5493 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5494 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5495 substituted with the things they matched.  So the result is
5496 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5497 mix this in with the rest of the original formula.
5499 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5501 @smallexample
5502 @group
5503 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5504     .
5506     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5507 @end group
5508 @end smallexample
5510 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5511 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5512 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5513 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5514 denominators.
5516 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5517 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5518 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5519 @samp{x}.
5521 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5522 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5523 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5524 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5526 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5527 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5528 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5529 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5530 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5531 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5533 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5534 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5535 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5536 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5537 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5538 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5539 situations, too.
5541 @smallexample
5542 @group
5543 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5544     .                                         .
5546     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5547 @end group
5548 @end smallexample
5550 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5551 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5552 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5553 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5554 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5555 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5556 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5557 having to retype it.
5559 @smallexample
5560 @group
5561 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5562 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5563 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5565 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5566     .                                  .
5568     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5569 @end group
5570 @end smallexample
5572 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5573 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{M-# M-#} or
5574 @kbd{C-c C-c} to store the edited value back into the variable.
5575 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5577 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5578 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5579 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5580 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5581 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5582 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5583 another good reason to store your rules in variables rather than
5584 entering them on the fly.
5586 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get symbolic
5587 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5588 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying both
5589 sides by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5590 to be expanded by the distributive law; do this with another
5591 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5593 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5594 a variable containing a vector of rules.
5596 @smallexample
5597 @group
5598 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5599     .                                 .
5601     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5603 @end group
5604 @end smallexample
5605 @noindent
5606 @smallexample
5607 @group
5608 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5609     .                                 .
5611     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5612 @end group
5613 @end smallexample
5615 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5616 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5617 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5618 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5619 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5620 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5622 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5623 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5624 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5625 only one rewrite at a time.
5627 @smallexample
5628 @group
5629 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5630     .                                     .
5632     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5633 @end group
5634 @end smallexample
5636 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5637 of rewrites that occur.
5639 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5640 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5642 @smallexample
5643 @group
5644 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5645     .
5647     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5649 @end group
5650 @end smallexample
5651 @noindent
5652 @smallexample
5653 @group
5654 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5655     .
5657     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5658 @end group
5659 @end smallexample
5661 @noindent
5662 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5663 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5665 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5666 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5667 This is because they are special-constant variables.  The special
5668 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5669 A common error with rewrite
5670 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5671 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5672 only when the fifth argument is literally @samp{e}!@refill
5674 @cindex Fibonacci numbers
5675 @ignore
5676 @starindex
5677 @end ignore
5678 @tindex fib
5679 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5680 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5681 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5682 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5683 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5685 @smallexample
5686 @group
5687 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5689 1:  fib(7)               1:  13
5690     .                        .
5692     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5693 @end group
5694 @end smallexample
5696 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5697 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5698 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5699 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5700 be used preferentially.
5702 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5703 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5704 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5705 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5706 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5707 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5708 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5710 @smallexample
5711 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5712 @end smallexample
5714 @noindent
5715 Now:
5717 @smallexample
5718 @group
5719 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5720     .                                 .
5722     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5723 @end group
5724 @end smallexample
5726 @noindent
5727 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5728 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5729 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5730 apply these rules automatically by storing them in the special
5731 variable @code{EvalRules}.
5733 @smallexample
5734 @group
5735 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5736     .                                       .
5738     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5739 @end group
5740 @end smallexample
5742 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5743 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5744 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5746 @smallexample
5747 @group
5748 fib(6) =
5749 fib(5)              +               fib(4) =
5750 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5751 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5752 @end group
5753 @end smallexample
5755 @noindent
5756 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5757 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5758 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5759 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5760 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5761 @code{EvalRules}) and add another condition:
5763 @smallexample
5764 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5765 @end smallexample
5767 @noindent
5768 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5769 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5770 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5771 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5772 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5773 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5775 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5776 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5778 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5779 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5780 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5781 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5782 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5784 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5785 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5786 un-store the variable.
5788 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5789 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5790 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5791 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5792 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5793 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5794 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5795 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5796 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5798 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5799 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5800 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5801 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5803 @example
5804 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5805 @end example
5807 @noindent
5808 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5809 to 1.''
5811 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5812 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5813 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5814 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5815 and one for @samp{b}.
5817 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5818 on the stack and tried to use the rule
5819 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5820 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5822 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @cite{a},
5823 divide @cite{a} by two if it is even, otherwise compute @cite{3 a + 1}.
5824 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5825 is that for any starting @cite{a}, the sequence always eventually
5826 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5827 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5828 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5829 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5830 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5831 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5832 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5833 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5834 vector @cite{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5835 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5837 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5838 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5839 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5840 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5841 so that @cite{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5842 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5844 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Calc considers the form @cite{0^0}
5845 to be ``indeterminate,'' and leaves it unevaluated (assuming infinite
5846 mode is not enabled).  Some people prefer to define @cite{0^0 = 1},
5847 so that the identity @cite{x^0 = 1} can safely be used for all @cite{x}.
5848 Find a way to make Calc follow this convention.  What happens if you
5849 now type @kbd{m i} to turn on infinite mode?
5850 @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5852 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  A Taylor series for a function is an
5853 infinite series that exactly equals the value of that function at
5854 values of @cite{x} near zero.
5856 @ifinfo
5857 @example
5858 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5859 @end example
5860 @end ifinfo
5861 @tex
5862 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5863 \beforedisplay
5864 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5865 \afterdisplay
5866 @end tex
5868 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5869 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @cite{x^2}.
5870 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @cite{x}.
5871 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5872 that records what was the lowest term that was truncated.
5874 @ifinfo
5875 @example
5876 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5877 @end example
5878 @end ifinfo
5879 @tex
5880 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5881 \beforedisplay
5882 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5883 \afterdisplay
5884 @end tex
5886 @noindent
5887 The meaning of @cite{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5888 if @cite{x^3} is considered negligibly small as @cite{x} goes to zero.''
5890 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5891 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5892 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5893 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5894 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5895 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5896 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5897 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5898 a number.)  @xref{Rewrites Answer 7, 7}. (@bullet{})
5900 @c [fix-ref Rewrite Rules]
5901 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5903 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5904 @section Programming Tutorial
5906 @noindent
5907 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5908 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5909 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5910 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5911 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5912 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5914 (Note that the programming commands relating to user-defined keys
5915 are not yet supported under Lucid Emacs 19.)
5917 One very limited form of programming is defining your own functions.
5918 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5919 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5920 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5921 case @kbd{z} prefix.
5923 @smallexample
5924 @group
5925 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5926     .                                     .
5928     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5929 @end group
5930 @end smallexample
5932 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5933 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5934 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5935 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5936 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5937 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5938 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5939 arguments?''
5941 @smallexample
5942 @group
5943 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5944     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5945                    .          1:  myexp(a + 1)
5946                                   .
5948     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5949 @end group
5950 @end smallexample
5952 @noindent
5953 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5954 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5955 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5956 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5957 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5958 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5959 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5961 @cindex Sine integral Si(x)
5962 @ignore
5963 @starindex
5964 @end ignore
5965 @tindex Si
5966 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5967 @c{${\rm Si}(x)$}
5968 @cite{Si(x)} is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5969 @cite{t = 0} to @cite{x} in radians.  (It was invented because this
5970 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5971 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5972 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5973 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5974 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5975 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5976 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5977 0.946083.  (Hint:  @code{ninteg} will run a lot faster if you reduce
5978 the precision to, say, six digits beforehand.)
5979 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5981 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5982 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5983 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5984 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5985 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5987 @smallexample
5988 @group
5989 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5990     .                        .
5992     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5994 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5995     .                        .
5997     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5998 @end group
5999 @end smallexample
6001 @noindent
6002 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
6003 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
6004 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
6005 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
6006 re-execute the same keystrokes.
6008 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
6010 @smallexample
6011 @group
6012 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
6013                        .                   .
6015   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
6016 @end group
6017 @end smallexample
6019 @noindent
6020 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
6021 @kbd{z} to call it up.
6023 Keyboard macros can call other macros.
6025 @smallexample
6026 @group
6027 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
6028     .                 .                           .            .
6030  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
6031 @end group
6032 @end smallexample
6034 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6035 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6036 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6038 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6039 the following functions:
6041 @enumerate
6042 @item
6043 Compute @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
6044 @cite{sin(x) / x}, where @cite{x} is the number on the
6045 top of the stack.
6047 @item
6048 Compute the base-@cite{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6049 the arguments are taken in the opposite order.
6051 @item
6052 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6053 the stack.
6054 @end enumerate
6055 @noindent
6056 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6058 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6059 the average (mean) value of a list of numbers.
6060 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6062 In many programs, some of the steps must execute several times.
6063 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6064 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6066 @smallexample
6067 @group
6068 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6069     .            1:  4             .
6070                      .
6072   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
6073 @end group
6074 @end smallexample
6076 @noindent
6077 Here we have computed the fourth derivative of @cite{x^6} by
6078 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6079 This structure pops a repeat count from the stack, then
6080 executes the body of the loop that many times.
6082 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6083 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6085 @cindex Fibonacci numbers
6086 Here's another example:
6088 @smallexample
6089 @group
6090 3:  1               2:  10946
6091 2:  1               1:  17711
6092 1:  20                  .
6093     .
6095 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
6096 @end group
6097 @end smallexample
6099 @noindent
6100 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6101 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6102 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6103 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6105 @cindex Golden ratio
6106 @cindex Phi, golden ratio
6107 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @cite{n}th
6108 Fibonacci number can be found directly by computing @c{$\phi^n / \sqrt{5}$}
6109 @cite{phi^n / sqrt(5)}
6110 and then rounding to the nearest integer, where @c{$\phi$ (``phi'')}
6111 @cite{phi}, the
6112 ``golden ratio,'' is @c{$(1 + \sqrt{5}) / 2$}
6113 @cite{(1 + sqrt(5)) / 2}.  (For convenience, this constant is available
6114 from the @code{phi} variable, or the @kbd{I H P} command.)
6116 @smallexample
6117 @group
6118 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6119     .                   .                    .                    .
6121     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6122 @end group
6123 @end smallexample
6125 @cindex Continued fractions
6126 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6127 representation of @c{$\phi$}
6128 @cite{phi} is @c{$1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))$}
6129 @cite{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6130 We can compute an approximate value by carrying this however far
6131 and then replacing the innermost @c{$1/( \ldots )$}
6132 @cite{1/( ...@: )} by 1.  Approximate
6133 @c{$\phi$}
6134 @cite{phi} using a twenty-term continued fraction.
6135 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6137 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6138 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6139 vector @w{@cite{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6140 vector, produces the vector @cite{[b, c]}, where @cite{a}, @cite{b} and
6141 @cite{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6142 that, given an integer @cite{n}, computes the @cite{n}th Fibonacci number
6143 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6145 @cindex Harmonic numbers
6146 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6147 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6148 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6150 @smallexample
6151 @group
6152 3:  0               1:  3.597739
6153 2:  1                   .
6154 1:  20
6155     .
6157 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
6158 @end group
6159 @end smallexample
6161 @noindent
6162 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6163 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6164 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6165 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6166 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6167 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6168 uses a step of one.
6170 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6171 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6172 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6174 @smallexample
6175 @group
6176 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6177     .         1:  20                                  .
6178                   .
6180     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6181 @end group
6182 @end smallexample
6184 @noindent
6185 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6186 variable (and removes that value from the stack).
6188 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6189 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6190 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6191 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6192 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6193 probably easier than using loops.  However, there are some
6194 situations where loops really are the way to go:
6196 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6197 harmonic number which is greater than 4.0.
6198 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6200 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6201 we have to worry about the programs clobbering values that the
6202 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6203 fix, though:
6205 @smallexample
6206 @group
6207     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6208                  .                .          2:  3.597739
6209                                              1:  0.6667
6210                                                  .
6212    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6213 @end group
6214 @end smallexample
6216 @noindent
6217 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6218 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6219 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6220 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6221 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6222 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6223 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6224 the contents of the stack, and the values of named variables,
6225 survive past the @kbd{Z '} command.
6227 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6228 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6229 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6230 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6231 by the formula @c{$\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}$}
6232 @cite{2 n!@: / (2 pi)^n}.  Let's write a keyboard
6233 macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.  (Calc has a
6234 command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6235 this command is very slow for large @cite{n} since the higher
6236 Bernoulli numbers are very large fractions.)
6238 @smallexample
6239 @group
6240 1:  10               1:  0.0756823
6241     .                    .
6243     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6244 @end group
6245 @end smallexample
6247 @noindent
6248 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6249 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6250 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6251 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6252 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6253 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6254 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6256 The actual tenth Bernoulli number is @cite{5/66}.
6258 @smallexample
6259 @group
6260 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6261 2:  5:66             .              .              .              .
6262 1:  0.0757575
6263     .
6265 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
6266 @end group
6267 @end smallexample
6269 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6270 Bernoulli numbers.
6272 @smallexample
6273 @group
6274 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6275 2:  2                  .
6276 1:  30
6277     .
6279  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6280 @end group
6281 @end smallexample
6283 @noindent
6284 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6285 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6286 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6287 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6288 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6289 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6290 sequence of keystrokes.)
6292 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6293 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6294 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6295 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6296 ``while'' and ``until'' style loops.
6298 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6299 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6300 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6301 then enter the real one in the edit command.
6303 @smallexample
6304 @group
6305 1:  3                   1:  3           Keyboard Macro Editor.
6306     .                       .           Original keys: 1 @key{RET} 2 +
6308                                         type "1\r"
6309                                         type "2"
6310                                         calc-plus
6312 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6313 @end group
6314 @end smallexample
6316 @noindent
6317 This shows the screen display assuming you have the @file{macedit}
6318 keyboard macro editing package installed, which is usually the case
6319 since a copy of @file{macedit} comes bundled with Calc.
6321 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6322 @file{macedit} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6323 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6324 If a key or keys are simply shorthand for some command with a
6325 @kbd{M-x} name, that name is shown.  Anything that doesn't correspond
6326 to a @kbd{M-x} command is written as a @samp{type} command.
6328 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6329 First, erase the three lines of the old definition.  Then, type
6330 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6331 to copy it from this page of the Info file; you can skip typing
6332 the comments that begin with @samp{#}).
6334 @smallexample
6335 calc-kbd-push         # Save local values (Z `)
6336 type "0"              # Push a zero
6337 calc-store-into       # Store it in variable 1
6338 type "1"
6339 type "1"              # Initial value for loop
6340 calc-roll-down        # This is the @key{TAB} key; swap initial & final
6341 calc-kbd-for          # Begin "for" loop...
6342 calc-inv              #   Take reciprocal
6343 calc-store-plus       #   Add to accumulator
6344 type "1"
6345 type "1"              #   Loop step is 1
6346 calc-kbd-end-for      # End "for" loop
6347 calc-recall           # Now recall final accumulated value
6348 type "1"
6349 calc-kbd-pop          # Restore values (Z ')
6350 @end smallexample
6352 @noindent
6353 Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and return to the Calculator.
6355 @smallexample
6356 @group
6357 1:  20         1:  3.597739
6358     .              .
6360     20             z h
6361 @end group
6362 @end smallexample
6364 If you don't know how to write a particular command in @file{macedit}
6365 format, you can always write it as keystrokes in a @code{type} command.
6366 There is also a @code{keys} command which interprets the rest of the
6367 line as standard Emacs keystroke names.  In fact, @file{macedit} defines
6368 a handy @code{read-kbd-macro} command which reads the current region
6369 of the current buffer as a sequence of keystroke names, and defines that
6370 sequence on the @kbd{X} (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so
6371 useful, Calc puts this command on the @kbd{M-# m} key.  Try reading in
6372 this macro in the following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at
6373 one end of the text below, then type @kbd{M-# m} at the other.
6375 @example
6376 @group
6377 Z ` 0 t 1
6378     1 @key{TAB}
6379     Z (  & s + 1  1 Z )
6380     r 1
6381 Z '
6382 @end group
6383 @end example
6385 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6386 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6387 @cite{f(x) = 0} for any function @cite{f}, and an initial guess
6388 @cite{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6389 this formula over and over:
6391 @ifinfo
6392 @example
6393 new_x = x - f(x)/f'(x)
6394 @end example
6395 @end ifinfo
6396 @tex
6397 \beforedisplay
6398 $$ x_{\goodrm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6399 \afterdisplay
6400 @end tex
6402 @noindent
6403 where @cite{f'(x)} is the derivative of @cite{f}.  The @cite{x}
6404 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6405 @c{$x_{\rm new}$}
6406 @cite{new_x} and @cite{x} will be equal to within the limits
6407 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6408 involving the variable @cite{x}, and an initial guess @cite{x_0},
6409 on the stack, and produces a value of @cite{x} for which the formula
6410 is zero.  Use it to find a solution of @c{$\sin(\cos x) = 0.5$}
6411 @cite{sin(cos(x)) = 0.5}
6412 near @cite{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6413 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6414 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6416 @cindex Digamma function
6417 @cindex Gamma constant, Euler's
6418 @cindex Euler's gamma constant
6419 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function @c{$\psi(z)$ (``psi'')}
6420 @cite{psi(z)}
6421 is defined as the derivative of @c{$\ln \Gamma(z)$}
6422 @cite{ln(gamma(z))}.  For large
6423 values of @cite{z}, it can be approximated by the infinite sum
6425 @ifinfo
6426 @example
6427 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6428 @end example
6429 @end ifinfo
6430 @tex
6431 \let\rm\goodrm
6432 \beforedisplay
6433 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6434    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6436 \afterdisplay
6437 @end tex
6439 @noindent
6440 where @c{$\sum$}
6441 @cite{sum} represents the sum over @cite{n} from 1 to infinity
6442 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6443 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6444 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6445 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6446 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6447 @c{$\gamma = -\psi(1)$}
6448 @cite{gamma = -psi(1)}.  Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6449 for the above formula to work (5 is a much safer value for @cite{z}).
6450 Fortunately, we can compute @c{$\psi(1)$}
6451 @cite{psi(1)} from @c{$\psi(5)$}
6452 @cite{psi(5)} using
6453 the recurrence @c{$\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}$}
6454 @cite{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  Your task:  Develop
6455 a program to compute @c{$\psi(z)$}
6456 @cite{psi(z)}; it should ``pump up'' @cite{z}
6457 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6458 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6459 to compute @c{$\gamma$}
6460 @cite{gamma} to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6461 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6462 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6464 @cindex Polynomial, list of coefficients
6465 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @cite{x} and
6466 a number @cite{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6467 @cite{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @cite{x^m}),
6468 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6469 notation.  For example, @cite{5 x^4 + (x + 1)^2} with @cite{m = 6}
6470 should produce the list @cite{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6471 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6472 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6474 @cindex Recursion
6475 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6476 first kind} are defined by the recurrences,
6478 @ifinfo
6479 @example
6480 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6481 s(n,0) = 0   for n > 0,
6482 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6483 @end example
6484 @end ifinfo
6485 @tex
6486 \turnoffactive
6487 \beforedisplay
6488 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6489              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6490              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6491                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6493 \afterdisplay
6494 \vskip5pt
6495 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6496 @end tex
6498 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6499 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6500 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6501 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6502 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6503 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6504 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6505 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6506 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6507 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6508 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6509 or @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6510 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6511 that computes Stirling numbers of the first kind, given @cite{n} and
6512 @cite{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6513 @cite{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6514 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6515 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6517 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6518 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6519 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6520 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6521 program can:
6523 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6524 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6525 rewrite rules.  Once again, @cite{n} and @cite{m} should be taken
6526 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6528 @example
6530 @end example
6531 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6532 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6533 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6534 @c [not-split]
6535 The rest of this manual tells the whole story.
6536 @c [when-split]
6537 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6539 @page
6540 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6541 @section Answers to Exercises
6543 @noindent
6544 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6546 @menu
6547 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6548 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6549 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6550 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6551 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6552 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6553 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6554 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6555 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6556 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6557 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6558 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6559 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6560 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6561 * Vector Answer 2::        Average position
6562 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6563 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6564 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6565 * List Answer 1::          Powers of two
6566 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6567 * List Answer 3::          Geometric mean
6568 * List Answer 4::          Divisor function
6569 * List Answer 5::          Duplicate factors
6570 * List Answer 6::          Triangular list
6571 * List Answer 7::          Another triangular list
6572 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6573 * List Answer 9::          Integers the hard way
6574 * List Answer 10::         All elements equal
6575 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6576 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6577 * List Answer 13::         Hash codes
6578 * List Answer 14::         Random walk
6579 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6580 * Types Answer 2::         Infinities
6581 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6582 * Types Answer 4::         Abbey Road
6583 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6584 * Types Answer 6::         Leap years
6585 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6586 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6587 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6588 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6589 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6590 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6591 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6592 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6593 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6594 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6595 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6596 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6597 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6598 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6599 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6600 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6601 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6602 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6603 * Rewrites Answer 6::      Defining 0^0 = 1
6604 * Rewrites Answer 7::      Truncated Taylor series
6605 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6606 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6607 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6608 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6609 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6610 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6611 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6612 * Programming Answer 8::   Newton's method
6613 * Programming Answer 9::   Digamma function
6614 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6615 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6616 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6617 @end menu
6619 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6620 @c being entered on the table of contents.
6621 @tex
6622 \global\let\oldwrite=\write
6623 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6624 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6625 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6626 @end tex
6628 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6629 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6631 @noindent
6632 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6634 The result is @c{$1 - (2 \times (3 + 4)) = -13$}
6635 @cite{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6637 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6638 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6640 @noindent
6641 @c{$2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75$}
6642 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6644 After computing the intermediate term @c{$2\times4 = 8$}
6645 @cite{2*4 = 8}, you can leave
6646 that result on the stack while you compute the second term.  With
6647 both of these results waiting on the stack you can then compute the
6648 final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6650 @smallexample
6651 @group
6652 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6653 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6654     .                         1:  9.5            .
6655                                   .
6657   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6659 @end group
6660 @end smallexample
6661 @noindent
6662 @smallexample
6663 @group
6664 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6665 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6666 2:  5          1:  1.25           .
6667 1:  4              .
6668     .
6670   5 @key{RET} 4          /              +              +
6671 @end group
6672 @end smallexample
6674 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6675 with the third term.
6677 @smallexample
6678 @group
6679 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6680 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6681     .                         1:  4              .
6682                                   .
6684    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6685 @end group
6686 @end smallexample
6688 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6689 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6690 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6691 you choose is purely a matter of taste.
6693 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6694 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6696 @noindent
6697 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6699 @smallexample
6700 @group
6701 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6702 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6703 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6704     .              .          1:  1              .              .
6705                                   .
6707                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6708 @end group
6709 @end smallexample
6711 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6713 @smallexample
6714 @group
6715 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6716 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6717 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6718     .              .              .              .              .
6720                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6721 @end group
6722 @end smallexample
6724 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6725 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6727 @noindent
6728 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6729 but using both the comma and the space at once yields:
6731 @smallexample
6732 @group
6733 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6734     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6735                    .                             .              .
6737     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6738 @end group
6739 @end smallexample
6741 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6742 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6743 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6744 deletes just one component out of that object, so he had to press
6745 @key{DEL} twice to finish the job.
6747 @smallexample
6748 @group
6749 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6750 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6751     .              .              .
6753                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6754 @end group
6755 @end smallexample
6757 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6758 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6759 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6760 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6762 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6763 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6765 @noindent
6766 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6768 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6769 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6771 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6772 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @cite{3.0} whereas
6773 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @cite{3}.)
6775 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6776 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6778 @noindent
6779 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6780 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6781 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6782 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6784 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6785 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6787 @noindent
6788 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @cite{1 / 0}.
6789 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6790 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6791 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6792 times anything is zero.''
6794 @c [fix-ref Infinities]
6795 The @kbd{m i} command enables an @dfn{infinite mode} in which @cite{1 / 0}
6796 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6797 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6798 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6799 further discussion of infinite and indeterminate values.
6801 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6802 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6804 @noindent
6805 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6806 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6807 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6808 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6809 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6810 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6812 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6813 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6814 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6815 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6816 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6817 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6818 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6819 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6820 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6821 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6822 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6824 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6825 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6826 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6827 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6828 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6829 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6830 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6831 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6832 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6833 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6835 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6836 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6837 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6838 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6839 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6840 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6841 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6842 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6843 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6844 to tell two distinct numbers apart.
6846 An interesting side note is that most computers store their
6847 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6848 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6849 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6850 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6851 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6852 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6853 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6854 in decimal display mode.
6856 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6857 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6858 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6859 you use a relatively unusual radix like 3.
6861 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6862 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6864 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6865 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6866 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6867 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6868 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6869 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6870 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6871 way to enter this number.
6873 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6874 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6875 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6876 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6877 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6878 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6879 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6881 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6882 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6884 @noindent
6885 The answer he got was @cite{0.5000000000006399}.
6887 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6888 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6889 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6890 their inputs.
6892 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6893 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6894 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6895 place (according to the current precision).  They are useful for
6896 determining facts like this.
6898 @smallexample
6899 @group
6900 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6901     .                       .
6903     45 S                    2 ^
6905 @end group
6906 @end smallexample
6907 @noindent
6908 @smallexample
6909 @group
6910 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6911     .                       .                       .
6913     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6914 @end group
6915 @end smallexample
6917 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6918 all the way.  The only number in the original problem which was known
6919 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6920 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6921 for the higher precision to be meaningful.
6923 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6924 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6926 @noindent
6927 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6928 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6929 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6930 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6931 of time.
6933 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6934 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6935 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6936 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6937 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6938 calculation of the sum will not have this problem.
6940 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6941 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6942 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6944 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6945 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6947 @noindent
6948 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6949 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6950 down to an integer.  Consider @cite{123456789 / 2} when the current
6951 precision is 6 digits.  The true answer is @cite{61728394.5}, but
6952 with a precision of 6 this will be rounded to @c{$12345700.0/2.0 = 61728500.0$}
6953 @cite{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6954 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6956 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6957 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6958 decimal point.  Or, convert to fraction mode so that @cite{123456789 / 2}
6959 produces the exact fraction @cite{123456789:2}, which can be rounded
6960 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6961 format.
6963 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6964 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6966 @noindent
6967 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @cite{3:2}, but it
6968 does a floating-point calculation instead and produces @cite{1.5}.
6970 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6971 or the reciprocal of an integer.  But there is no efficient way to search
6972 the space of all possible rational numbers for an exact answer, so Calc
6973 doesn't try.
6975 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6976 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6978 @noindent
6979 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6980 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6982 @smallexample
6983 @group
6984 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6985     .          1:  3.74165738677      .                       .
6986                    .
6988     r 1            @key{RET} A              /                       A
6989 @end group
6990 @end smallexample
6992 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6993 indeed have unit length.
6995 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6996 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6998 @noindent
6999 The average position is equal to the sum of the products of the
7000 positions times their corresponding probabilities.  This is the
7001 definition of the dot product operation.  So all you need to do
7002 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
7004 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
7005 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
7007 @noindent
7008 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
7009 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
7011 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
7012 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
7014 @ifinfo
7015 @example
7016 @group
7017    x + a y = 6
7018    x + b y = 10
7019 @end group
7020 @end example
7021 @end ifinfo
7022 @tex
7023 \turnoffactive
7024 \beforedisplay
7025 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
7026              x &+ b y = 10}
7028 \afterdisplay
7029 @end tex
7031 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7032 matrix as usual.
7034 @smallexample
7035 @group
7036 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7037     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7038                      [ 1, b ] ]
7039                    .
7041 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
7042 @end group
7043 @end smallexample
7045 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable ``big'' display
7046 mode:
7048 @smallexample
7049 @group
7050           4 a     4
7051 1:  [6 - -----, -----]
7052          b - a  b - a
7053 @end group
7054 @end smallexample
7056 Type @kbd{d N} to return to ``normal'' display mode afterwards.
7058 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7059 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7061 @noindent
7062 To solve @c{$A^T A \, X = A^T B$}
7063 @cite{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, first we compute
7064 @c{$A' = A^T A$}
7065 @cite{A2 = trn(A) * A} and @c{$B' = A^T B$}
7066 @cite{B2 = trn(A) * B}; now, we have a
7067 system @c{$A' X = B'$}
7068 @cite{A2 * X = B2} which we can solve using Calc's @samp{/}
7069 command.
7071 @ifinfo
7072 @example
7073 @group
7074     a + 2b + 3c = 6
7075    4a + 5b + 6c = 2
7076    7a + 6b      = 3
7077    2a + 4b + 6c = 11
7078 @end group
7079 @end example
7080 @end ifinfo
7081 @tex
7082 \turnoffactive
7083 \beforedisplayh
7084 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7085 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7086    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7087    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7088    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7089   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7090  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7091  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7092  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7094 \afterdisplayh
7095 @end tex
7097 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7098 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7099 @c{$B'$}
7100 @cite{B2} vector.
7102 @smallexample
7103 @group
7104 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7105       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7106       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7107       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7108     .                             .
7110 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7111 @end group
7112 @end smallexample
7114 @noindent
7115 Now we compute the matrix @c{$A'$}
7116 @cite{A2} and divide.
7118 @smallexample
7119 @group
7120 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7121 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7122       [ 72, 81, 60 ]
7123       [ 39, 60, 81 ] ]
7124     .
7126     r 7 v t r 7 *             /
7127 @end group
7128 @end smallexample
7130 @noindent
7131 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7132 round-off error.)
7134 Notice that the answers are similar to those for the @c{$3\times3$}
7135 @asis{3x3} system
7136 solved in the text.  That's because the fourth equation that was
7137 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7138 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7139 answer since the @c{$4\times3$}
7140 @asis{4x3} system would be equivalent to the original @c{$3\times3$}
7141 @asis{3x3}
7142 system.)
7144 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7145 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7146 the original system of equations to see how well they match.
7148 @smallexample
7149 @group
7150 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7151 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7152       [ 4, 5, 6 ]
7153       [ 7, 6, 0 ]
7154       [ 2, 4, 6 ] ]
7155     .
7157     r 7                            @key{TAB} *
7158 @end group
7159 @end smallexample
7161 @noindent
7162 This is reasonably close to our original @cite{B} vector,
7163 @cite{[6, 2, 3, 11]}.
7165 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7166 @subsection List Tutorial Exercise 1
7168 @noindent
7169 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7170 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7171 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7172 plain @samp{-} key will work just as well.
7174 @smallexample
7175 @group
7176 2:  2                              2:  2
7177 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7178     .                                  .
7180     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7181 @end group
7182 @end smallexample
7184 @noindent
7185 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7186 vector.
7188 @smallexample
7189 @group
7190 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7191     .
7193     V M ^
7194 @end group
7195 @end smallexample
7197 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7198 @subsection List Tutorial Exercise 2
7200 @noindent
7201 Given @cite{x} and @cite{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7202 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7204 @ifinfo
7205 @example
7206    m*x + b*1 = y
7207 @end example
7208 @end ifinfo
7209 @tex
7210 \turnoffactive
7211 \beforedisplay
7212 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7213 \afterdisplay
7214 @end tex
7216 Thus we want a @c{$19\times2$}
7217 @asis{19x2} matrix with our @cite{x} vector as one column and
7218 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7219 we combine the two columns to form our @cite{A} matrix.
7221 @smallexample
7222 @group
7223 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7224 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7225     .                                 [ 1.49, 1 ]
7226                                       @dots{}
7228     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7229 @end group
7230 @end smallexample
7232 @noindent
7233 Now we compute @c{$A^T y$}
7234 @cite{trn(A) * y} and @c{$A^T A$}
7235 @cite{trn(A) * A} and divide.
7237 @smallexample
7238 @group
7239 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7240     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7241                                 [  41.63,   19   ] ]
7242                               .
7244  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7245 @end group
7246 @end smallexample
7248 @noindent
7249 (Hey, those numbers look familiar!)
7251 @smallexample
7252 @group
7253 1:  [0.52141679, -0.425978]
7254     .
7256     /
7257 @end group
7258 @end smallexample
7260 Since we were solving equations of the form @c{$m \times x + b \times 1 = y$}
7261 @cite{m*x + b*1 = y}, these
7262 numbers should be @cite{m} and @cite{b}, respectively.  Sure enough, they
7263 agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and @kbd{V R}!
7265 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7266 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7267 arithmetic functions!
7269 @c [fix-ref Curve Fitting]
7270 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7271 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7273 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7274 @subsection List Tutorial Exercise 3
7276 @noindent
7277 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7278 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7279 and type @w{@kbd{M-# g}}.
7281 @smallexample
7282 @group
7283 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7284     .
7285 @end group
7286 @end smallexample
7288 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7289 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7291 @smallexample
7292 @group
7293 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7294 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7295     .                          .
7297     @key{RET}                        V R *
7299 @end group
7300 @end smallexample
7301 @noindent
7302 @smallexample
7303 @group
7304 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7305 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7306     .                          .
7308     @key{TAB}                        v l                 I ^
7309 @end group
7310 @end smallexample
7312 @noindent
7313 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7314 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7315 then raise the number to that power.)
7317 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7318 @subsection List Tutorial Exercise 4
7320 @noindent
7321 A number @cite{j} is a divisor of @cite{n} if @c{$n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0$}
7322 @samp{n % j = 0}.  The first
7323 step is to get a vector that identifies the divisors.
7325 @smallexample
7326 @group
7327 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7328 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7329     .                       .
7331  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7332 @end group
7333 @end smallexample
7335 @noindent
7336 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7338 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7339 The first divisor function is the sum of the divisors.
7341 @smallexample
7342 @group
7343 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7344            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7345            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7346                .
7348    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7349 @end group
7350 @end smallexample
7352 @noindent
7353 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7354 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7356 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7357 @subsection List Tutorial Exercise 5
7359 @noindent
7360 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7361 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7362 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7363 the list with a copy of itself shifted over by one.
7365 @smallexample
7366 @group
7367 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7368     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7369                            .                        .
7371     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7373 @end group
7374 @end smallexample
7375 @noindent
7376 @smallexample
7377 @group
7378 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7379     .                        .              .
7381     V M a =                  V R +          0 a =
7382 @end group
7383 @end smallexample
7385 @noindent
7386 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7387 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7388 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7389 the job is pretty straightforward.
7391 Incidentally, Calc provides the @c{\dfn{M\"obius} $\mu$}
7392 @dfn{Moebius mu} function which is
7393 zero if and only if its argument is square-free.  It would be a much
7394 more convenient way to do the above test in practice.
7396 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7397 @subsection List Tutorial Exercise 6
7399 @noindent
7400 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7401 to get a list of lists of integers!
7403 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7404 @subsection List Tutorial Exercise 7
7406 @noindent
7407 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7408 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7410 @smallexample
7411 @group
7412 1:  [ [0],
7413       [0, 1],
7414       [0, 1, 2],
7415       @dots{}
7417     1 -
7418 @end group
7419 @end smallexample
7421 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7422 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @cite{n}th
7423 triangular number is the sum of the integers from 1 to @cite{n}, and
7424 can be computed directly by the formula @c{$n (n+1) \over 2$}
7425 @cite{n * (n+1) / 2}.
7427 @smallexample
7428 @group
7429 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7430 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7431     .                           .
7433     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7434 @end group
7435 @end smallexample
7437 @noindent
7438 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7439 result:
7441 @smallexample
7442 @group
7443 1:  [ [0],
7444       [1, 2],
7445       [3, 4, 5],
7446       [6, 7, 8, 9],
7447       [10, 11, 12, 13, 14],
7448       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7449       .
7451       V M +
7452 @end group
7453 @end smallexample
7455 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7456 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7457 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7458 triangular list.
7460 @smallexample
7461 @group
7462 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7463 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7464     .                           .
7466     @key{RET}                         V M V R +
7467 @end group
7468 @end smallexample
7470 @noindent
7471 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7472 since each element of the main vector is itself a small vector,
7473 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7475 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7476 @subsection List Tutorial Exercise 8
7478 @noindent
7479 The first step is to build a list of values of @cite{x}.
7481 @smallexample
7482 @group
7483 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7484     .                       .                       .
7486     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7487 @end group
7488 @end smallexample
7490 Next, we compute the Bessel function values.
7492 @smallexample
7493 @group
7494 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7495     .
7497     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7498 @end group
7499 @end smallexample
7501 @noindent
7502 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7504 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7505 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7507 @smallexample
7508 @group
7509 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7510 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7511     .                                                     .
7513     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7514 @end group
7515 @end smallexample
7517 @noindent
7518 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7519 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of @c{$\sin x$}
7520 @cite{sin(x)}
7521 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7523 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7524 the maximum value of @cite{x}.  Now it is a simple matter to convert
7525 this back into the corresponding value itself.
7527 @smallexample
7528 @group
7529 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7530 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7531     .
7533     r 1                         V M *                    V R +
7534 @end group
7535 @end smallexample
7537 If @kbd{a =} had produced more than one @cite{1} value, this method
7538 would have given the sum of all maximum @cite{x} values; not very
7539 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7540 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7541 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7542 example, a vector of maximum @cite{x} values.
7544 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7545 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7546 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7548 @smallexample
7549 @group
7550 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7551 1:  [0 .. 5]                       .
7552     .
7554 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7555 @end group
7556 @end smallexample
7558 @noindent
7559 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @cite{x}
7560 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7561 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7563 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7564 @subsection List Tutorial Exercise 9
7566 @noindent
7567 Step one is to convert our integer into vector notation.
7569 @smallexample
7570 @group
7571 1:  25129925999           3:  25129925999
7572     .                     2:  10
7573                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7574                               .
7576     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7578 @end group
7579 @end smallexample
7580 @noindent
7581 @smallexample
7582 @group
7583 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7584 2:  [100000000000, ... ]         .
7585     .
7587     V M ^   s 1                  V M \
7588 @end group
7589 @end smallexample
7591 @noindent
7592 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7594 @smallexample
7595 @group
7596 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7597     .
7599     10 V M %   s 2
7600 @end group
7601 @end smallexample
7603 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7604 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7605 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7606 the right of it are nines.
7608 @smallexample
7609 @group
7610 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7611     .                                          .
7613     9 V M a =                                  v v
7615 @end group
7616 @end smallexample
7617 @noindent
7618 @smallexample
7619 @group
7620 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7621     .                              .
7623     V U *                          v v 1 |
7624 @end group
7625 @end smallexample
7627 @noindent
7628 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7629 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7630 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7631 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7632 rightmost digit.
7634 @smallexample
7635 @group
7636 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7637 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7638     .
7640     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7641 @end group
7642 @end smallexample
7644 @noindent
7645 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7646 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7647 digits that generated them.
7649 Finally, we must convert this list back into an integer.
7651 @smallexample
7652 @group
7653 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7654 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7655 1:  [100000000000, ... ]          .
7656     .
7658     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7660 @end group
7661 @end smallexample
7662 @noindent
7663 @smallexample
7664 @group
7665 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7666     .                                            .
7668     V M *                                        V R +
7669 @end group
7670 @end smallexample
7672 @noindent
7673 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7674 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7676 @smallexample
7677 @group
7678 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7679     .                             .
7681                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7682 @end group
7683 @end smallexample
7685 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7686 @subsection List Tutorial Exercise 10
7688 @noindent
7689 For the list @cite{[a, b, c, d]}, the result is @cite{((a = b) = c) = d},
7690 which will compare @cite{a} and @cite{b} to produce a 1 or 0, which is
7691 then compared with @cite{c} to produce another 1 or 0, which is then
7692 compared with @cite{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7694 Here's a more correct method:
7696 @smallexample
7697 @group
7698 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7699     .                    1:  7
7700                              .
7702   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7704 @end group
7705 @end smallexample
7706 @noindent
7707 @smallexample
7708 @group
7709 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7710     .                        .
7712     V M a =                  V R *
7713 @end group
7714 @end smallexample
7716 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7717 @subsection List Tutorial Exercise 11
7719 @noindent
7720 The circle of unit radius consists of those points @cite{(x,y)} for which
7721 @cite{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @cite{x^2}
7722 and a vector of @cite{y^2}.
7724 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7725 commands.
7727 @smallexample
7728 @group
7729 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7730 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7731     .                              .
7733  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7735 @end group
7736 @end smallexample
7737 @noindent
7738 @smallexample
7739 @group
7740 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7741 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7742     .                              .
7744     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7745 @end group
7746 @end smallexample
7748 Now we sum the @cite{x^2} and @cite{y^2} values, compare with 1 to
7749 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7751 @smallexample
7752 @group
7753 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7754     .                              .                     .
7756     +                              1 V M a <             V R +
7757 @end group
7758 @end smallexample
7760 @noindent
7761 The ratio @cite{84/100} should approximate the ratio @c{$\pi/4$}
7762 @cite{pi/4}.
7764 @smallexample
7765 @group
7766 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7767     .              .          1:  3.14159        .
7769     100 /          4 *            P              /
7770 @end group
7771 @end smallexample
7773 @noindent
7774 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7775 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7776 not very efficient!
7778 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7779 will be slightly different from the one shown here!)
7781 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7782 return to full-sized display of vectors.
7784 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7785 @subsection List Tutorial Exercise 12
7787 @noindent
7788 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7789 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7790 @cite{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @cite{x}
7791 component for one end of the match, pick a random direction @c{$\theta$}
7792 @cite{theta},
7793 and see if @cite{x} and @c{$x + \cos \theta$}
7794 @cite{x + cos(theta)} (which is the @cite{x}
7795 coordinate of the other endpoint) cross a line.  The lines are at
7796 integer coordinates, so this happens when the two numbers surround
7797 an integer.
7799 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7800 of the two endpoints as @cite{x}.  Then @cite{theta} is an angle pointing
7801 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7802 it would feel like cheating to refer to @c{$\pi/2$}
7803 @cite{pi/2} radians while trying
7804 to estimate @c{$\pi$}
7805 @cite{pi}!)
7807 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7808 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7809 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7810 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7811 Pick random @cite{x} and @c{$\theta$}
7812 @cite{theta}, compute @c{$x + \cos \theta$}
7813 @cite{x + cos(theta)},
7814 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7816 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7817 commands.
7819 @smallexample
7820 @group
7821 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7822     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7823                                    .
7825 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7826 @end group
7827 @end smallexample
7829 @noindent
7830 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7832 @smallexample
7833 @group
7834 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7835 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7836     .
7838     m d  V M C                     +
7840 @end group
7841 @end smallexample
7842 @noindent
7843 @smallexample
7844 @group
7845 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7846     .                        .                   .
7848     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7849 @end group
7850 @end smallexample
7852 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7853 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7854 a random integer.
7856 @smallexample
7857 @group
7858 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7859 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7860     .                                      .
7862     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7864 @end group
7865 @end smallexample
7866 @noindent
7867 @smallexample
7868 @group
7869 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7870     .                        .                      .
7872     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7874 @end group
7875 @end smallexample
7876 @noindent
7877 @smallexample
7878 @group
7879 1:  10.714        1:  3.273
7880     .                 .
7882     6 @key{TAB} /           Q
7883 @end group
7884 @end smallexample
7886 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7887 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7889 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7890 return to full-sized display of vectors.
7892 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7893 @subsection List Tutorial Exercise 13
7895 @noindent
7896 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7898 @smallexample
7899 @group
7900 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7901     .
7903     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7904 @end group
7905 @end smallexample
7907 @noindent
7908 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7909 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7910 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7911 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7913 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7914 if the input vector is @cite{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7915 @cite{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7916 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7918 @smallexample
7919 @group
7920 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7921 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7922     .                              .
7924     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7926 @end group
7927 @end smallexample
7928 @noindent
7929 @smallexample
7930 @group
7931 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7932 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7933     .
7935     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7936 @end group
7937 @end smallexample
7939 @noindent
7940 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7941 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7942 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7943 function of two arguments that computes its first argument times three
7944 plus its second argument.
7946 @smallexample
7947 @group
7948 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7949     .                              .
7951     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7952 @end group
7953 @end smallexample
7955 @noindent
7956 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7957 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7958 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7960 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7961 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7962 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7963 without affecting the result.  While this means there are more
7964 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7965 the operations are faster.
7967 @smallexample
7968 @group
7969 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7970     .                              .
7972     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7973 @end group
7974 @end smallexample
7976 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7977 @w{@cite{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7978 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7979 So the result when we take the modulo after every step is,
7981 @ifinfo
7982 @example
7983 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7984 @end example
7985 @end ifinfo
7986 @tex
7987 \turnoffactive
7988 \beforedisplay
7989 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7990 \afterdisplay
7991 @end tex
7993 @noindent
7994 for some suitable integers @cite{m} and @cite{n}.  Expanding out by
7995 the distributive law yields
7997 @ifinfo
7998 @example
7999 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
8000 @end example
8001 @end ifinfo
8002 @tex
8003 \turnoffactive
8004 \beforedisplay
8005 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
8006 \afterdisplay
8007 @end tex
8009 @noindent
8010 The @cite{m} term in the latter formula is redundant because any
8011 contribution it makes could just as easily be made by the @cite{n}
8012 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
8013 @cite{n' = 3m + n},
8015 @ifinfo
8016 @example
8017 9 a + 3 b + c - 511 n'
8018 @end example
8019 @end ifinfo
8020 @tex
8021 \turnoffactive
8022 \beforedisplay
8023 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
8024 \afterdisplay
8025 @end tex
8027 @noindent
8028 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
8029 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8031 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8032 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8033 modulo some value @var{m}.
8035 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8036 @subsection List Tutorial Exercise 14
8038 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8039 step to an @cite{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8040 otherwise the problem is quite straightforward.
8042 @smallexample
8043 @group
8044 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8045 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8046     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8047                      ...
8049     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
8050 @end group
8051 @end smallexample
8053 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8054 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8055 before nesting even begins.
8057 We now have a vector of @cite{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8058 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8059 to get a pair of vectors, @cite{x} and @cite{y}, suitable for graphing.
8061 @smallexample
8062 @group
8063 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8064 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8065     .
8067     v t  v u  g f
8068 @end group
8069 @end smallexample
8071 Incidentally, because the @cite{x} and @cite{y} are completely
8072 independent in this case, we could have done two separate commands
8073 to create our @cite{x} and @cite{y} vectors of numbers directly.
8075 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8076 a random direction exactly gives us an @cite{[x, y]} step of unit
8077 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8078 we might want to lower the precision a bit for it.
8080 @smallexample
8081 @group
8082 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8083 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8084     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8085                      ...
8087     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
8088 @end group
8089 @end smallexample
8091 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8093 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8094 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8095 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8096 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8097 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8098 Schwartz.)
8100 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8101 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8103 @noindent
8104 If the number is the square root of @c{$\pi$}
8105 @cite{pi} times a rational number,
8106 then its square, divided by @c{$\pi$}
8107 @cite{pi}, should be a rational number.
8109 @smallexample
8110 @group
8111 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8112     .                    .                    .
8114                          2 ^ P /              c F
8115 @end group
8116 @end smallexample
8118 @noindent
8119 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8120 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8121 happens to be the fraction which most closely represents some
8122 irrational number to within 12 digits.
8124 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8125 precision slightly and try again:
8127 @smallexample
8128 @group
8129 1:  0.509433962268     1:  27:53
8130     .                      .
8132     U p 10 @key{RET}             c F
8133 @end group
8134 @end smallexample
8136 @noindent
8137 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8138 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8139 @c{$\sqrt{27 \pi / 53}$}
8140 @cite{sqrt(27 pi / 53)}.
8142 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8143 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8144 to the current precision before they begin.
8146 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8147 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8149 @noindent
8150 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8151 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8153 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8154 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8155 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8156 In other words, as @cite{x} goes to infinity, @cite{e^x} also goes
8157 to infinity, but the fact the @cite{e^x} grows much faster than
8158 @cite{x} is not relevant here.
8160 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8161 the input is infinite.
8163 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @cite{(0, 1)}
8164 represents the imaginary number @cite{i}.  Here's a derivation:
8165 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8166 The first part is, by definition, @cite{i}; the second is @code{inf}
8167 because, once again, all infinities are the same size.
8169 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8170 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8171 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8172 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8174 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @cite{x} points,
8175 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8177 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8178 input.  As in the @cite{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8179 here if you have turned on ``infinite'' mode.  Otherwise, it will
8180 treat @samp{ln(0)} as an error.
8182 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8183 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8185 @noindent
8186 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8187 @cite{a}, just by claiming that we added @cite{a} to the first
8188 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8189 values of @cite{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8190 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8191 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8193 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8194 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8195 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8196 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8198 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8199 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8200 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8201 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8202 unable to tell what the true answer is.
8204 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8205 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8207 @smallexample
8208 @group
8209 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8210 1:  17                          .
8211     .
8213     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8214 @end group
8215 @end smallexample
8217 @noindent
8218 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8220 @smallexample
8221 @group
8222 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8223 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8224     .
8226     20"                      +                      17 *
8227 @end group
8228 @end smallexample
8230 @noindent
8231 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8233 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8234 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8236 @noindent
8237 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8238 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8239 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8241 @smallexample
8242 @group
8243 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8244     .                         .                        .
8246     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8247 @end group
8248 @end smallexample
8250 @noindent
8251 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8253 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8254 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8255 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8256 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8257 argument is exactly what we want to map over:
8259 @smallexample
8260 @group
8261 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8262 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8263     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8264                                .
8266     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8267 @end group
8268 @end smallexample
8270 @ifinfo
8271 @noindent
8272 Et voila, September 13, 1991 is a Friday.
8273 @end ifinfo
8274 @tex
8275 \noindent
8276 {\it Et voil{\accent"12 a}}, September 13, 1991 is a Friday.
8277 @end tex
8279 @smallexample
8280 @group
8281 1:  242
8282     .
8284 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8285 @end group
8286 @end smallexample
8288 @noindent
8289 And the answer to our original question:  242 days to go.
8291 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8292 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8294 @noindent
8295 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8296 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8297 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8298 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8299 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8300 don't know the leap year rule.
8302 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8303 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8304 the number of days between now and then, and compare that to the
8305 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8306 equal to the number of leap years there were.
8308 @smallexample
8309 @group
8310 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8311     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8312                                .
8314   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8316 @end group
8317 @end smallexample
8318 @noindent
8319 @smallexample
8320 @group
8321 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8322 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8323 1:  1991              .               .
8324     .
8326   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8327 @end group
8328 @end smallexample
8330 @c [fix-ref Date Forms]
8331 @noindent
8332 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8333 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8334 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8335 background information in that regard.)
8337 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8338 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8340 @noindent
8341 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8342 @samp{+/-} notation may be used.
8344 @smallexample
8345 @group
8346 1:  1.              2:  1.
8347     .               1:  0.2
8348                         .
8350     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8351 @end group
8352 @end smallexample
8354 Now we simply chug through the formula.
8356 @smallexample
8357 @group
8358 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8359     .                    .                        .
8361     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8362 @end group
8363 @end smallexample
8365 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8366 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8368 @smallexample
8369 @group
8370 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8371 2:  6316.5                1:  0.1118
8372 1:  706.21                    .
8373     .
8375     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8376 @end group
8377 @end smallexample
8379 @noindent
8380 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8382 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8383 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8385 @noindent
8386 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8387 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8388 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8389 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8390 but with no upper bound.
8392 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8394 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8395 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8396 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8397 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8399 If you turn on ``infinite'' mode by pressing @kbd{m i}, you will
8400 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8401 as a possible value.
8403 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8404 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8405 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8406 will be either greater than @i{0.1}, or less than @i{-0.1}.  Thus
8407 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8408 in it from @i{-0.1} to @i{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8409 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8410 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8411 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8412 that interval arithmetic can do in this case.
8414 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8415 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8417 @smallexample
8418 @group
8419 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8420     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8421                         .                 .
8423     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8424 @end group
8425 @end smallexample
8427 @noindent
8428 In the first case the result says, ``if a number is between @i{-3} and
8429 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8430 of two numbers each between @i{-3} and 3 is between @i{-9} and 9.''
8432 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8433 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8434 for different numbers.
8436 The same issue arises when you try to square an error form.
8438 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8439 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8441 @noindent
8442 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @cite{x}.
8444 @smallexample
8445 @group
8446 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8447     .                      811749612              .
8448                            .
8450     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8451 @end group
8452 @end smallexample
8454 @noindent
8455 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8456 must not be prime.
8458 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8459 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8460 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8461 use this method to test the second number.
8463 @smallexample
8464 @group
8465 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8466 1:  15485863                           .
8467     .
8469  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8470 @end group
8471 @end smallexample
8473 @noindent
8474 The result is three ones (modulo @cite{n}), so it's very probable that
8475 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8477 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8478 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8479 the power using full integer arithmetic.
8481 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8482 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8483 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8484 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8486 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8487 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8489 @noindent
8490 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8491 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8492 multiply the number by an HMS form representing one second:
8494 @smallexample
8495 @group
8496 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8497     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8498                           .
8500     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8502 @end group
8503 @end smallexample
8504 @noindent
8505 @smallexample
8506 @group
8507 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8508 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8509     .
8511     x time @key{RET}                         +
8512 @end group
8513 @end smallexample
8515 @noindent
8516 It will be just after six in the morning.
8518 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8519 HMS form:
8521 @smallexample
8522 @group
8523 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8524     .                                 .
8526   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8527 @end group
8528 @end smallexample
8530 @noindent
8531 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8532 the actual number 3.14159...
8534 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8535 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8537 @noindent
8538 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8539 each.
8541 @smallexample
8542 @group
8543 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8544 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8545     .
8547     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8549 @end group
8550 @end smallexample
8551 @noindent
8552 @smallexample
8553 @group
8554 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8555     .
8557     17 *
8558 @end group
8559 @end smallexample
8561 @noindent
8562 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8564 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8565 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8567 @noindent
8568 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8570 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8571 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8573 @noindent
8574 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8575 to the other?
8577 @smallexample
8578 @group
8579 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8580     .                 .
8582  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8583 @end group
8584 @end smallexample
8586 @noindent
8587 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8589 @smallexample
8590 @group
8591 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8592 2:  4.1 ns            .                       .
8593     .
8595   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8596 @end group
8597 @end smallexample
8599 @noindent
8600 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8601 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8602 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8604 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8605 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8607 @noindent
8608 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8609 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8611 @smallexample
8612 @group
8613 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8614     .              1:  5 yd / hr            .
8615                        .
8617   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8618 @end group
8619 @end smallexample
8621 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8622 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8623 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8625 @smallexample
8626 @group
8627 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8628     .            1:  2                .
8629                      .
8631     u s              2                B
8632 @end group
8633 @end smallexample
8635 @noindent
8636 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8638 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8639 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8641 @noindent
8642 @c [fix-ref Declarations]
8643 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @cite{x} by the
8644 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8645 if @w{@cite{x = -4}}.)  If @cite{x} is real, this formula could be
8646 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8647 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8648 that @cite{x} is known to be real.)
8650 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8651 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8653 @noindent
8654 Suppose our roots are @cite{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8655 is zero when @cite{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8656 @cite{x-a} is zero when @cite{x=a}, so the product @cite{(x-a)(x-b)(x-c)}
8657 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8658 familiar form.
8660 @smallexample
8661 @group
8662 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8663     .                          .
8665     r 2                        a P x @key{RET}
8667 @end group
8668 @end smallexample
8669 @noindent
8670 @smallexample
8671 @group
8672 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8673     .                                     .
8675     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8677 @end group
8678 @end smallexample
8679 @noindent
8680 @smallexample
8681 @group
8682 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8683     .                          .
8685     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8686 @end group
8687 @end smallexample
8689 @noindent
8690 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8691 same as the original polynomial.
8693 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8694 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8696 @smallexample
8697 @group
8698 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8699     .                       .
8701   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8703 @end group
8704 @end smallexample
8705 @noindent
8706 @smallexample
8707 @group
8708 1:  [y, 1]
8709 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8710     .
8712   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8714 @end group
8715 @end smallexample
8716 @noindent
8717 @smallexample
8718 @group
8719 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8720     .
8722     V M $ @key{RET}
8724 @end group
8725 @end smallexample
8726 @noindent
8727 @smallexample
8728 @group
8729 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8730     .
8732     V R -
8734 @end group
8735 @end smallexample
8736 @noindent
8737 @smallexample
8738 @group
8739 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8740     .
8742     =
8744 @end group
8745 @end smallexample
8746 @noindent
8747 @smallexample
8748 @group
8749 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8750     .
8752     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8753 @end group
8754 @end smallexample
8756 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8757 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8759 @noindent
8760 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8761 the contributions from the slices, since the slices have varying
8762 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8763 coefficients.  Here's one way:
8765 @smallexample
8766 @group
8767 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8768 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8769     .                      .
8771     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8773 @end group
8774 @end smallexample
8775 @noindent
8776 @smallexample
8777 @group
8778 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8779     .                          .
8781     1 |                        1 @key{TAB} |
8782 @end group
8783 @end smallexample
8785 @noindent
8786 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8787 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8789 @smallexample
8790 @group
8791 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8792 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8793     .
8795  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8797 @end group
8798 @end smallexample
8799 @noindent
8800 @smallexample
8801 @group
8802 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8803 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8804     .
8806     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8807 @end group
8808 @end smallexample
8810 @noindent
8811 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8812 same thing.
8814 @smallexample
8815 @group
8816 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8817     .              .              .
8819     *              .1 *           3 /
8820 @end group
8821 @end smallexample
8823 @noindent
8824 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8826 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8827 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8829 @noindent
8830 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8832 @smallexample
8833 @group
8834                                                ___
8835                                           2 + V 2
8836 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8837     .                                          ___
8838                                           1 + V 2
8840                                           .
8842   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8843 @end group
8844 @end smallexample
8846 @noindent
8847 Multiplying by the conjugate helps because @cite{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8849 @smallexample
8850 @group
8851           ___    ___
8852 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8853     .
8855   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8857 @end group
8858 @end smallexample
8859 @noindent
8860 @smallexample
8861 @group
8862          ___                         ___
8863 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8864     .                               .
8866   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8867 @end group
8868 @end smallexample
8870 @noindent
8871 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8872 second step.)
8874 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8875 different circumstances, such as when the denominator involves
8876 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8878 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8879 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8881 @noindent
8882 Here is the rule set:
8884 @smallexample
8885 @group
8886 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8887   fib(1, x, y) := x,
8888   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8889 @end group
8890 @end smallexample
8892 @noindent
8893 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8894 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8895 second rule converts back from three-argument form once the computation
8896 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8897 says that if @cite{x} and @cite{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8898 then @cite{y} and @cite{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8899 numbers.
8901 Notice that because the number @cite{n} was ``validated'' by the
8902 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8903 the other rules because the rule set would never get that far unless
8904 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8905 extra conditions need to be checked at every step.
8907 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8908 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8909 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8910 help keep this from happening by accident would be to use something like
8911 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8912 function.
8914 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8915 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8917 @noindent
8918 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8919 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8920 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8921 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8922 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8923 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8924 to make sure the rule applied only once.
8926 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8927 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8928 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8929 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8930 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8931 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8932 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8933 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8934 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8936 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8937 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8939 @noindent
8940 @ignore
8941 @starindex
8942 @end ignore
8943 @tindex seq
8944 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8946 @smallexample
8947 @group
8948 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8949   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8950 @end group
8951 @end smallexample
8953 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8954 rules produces the following sequence of formulas:
8956 @example
8957 seq( 3, 1)
8958 seq(10, 2)
8959 seq( 5, 3)
8960 seq(16, 4)
8961 seq( 8, 5)
8962 seq( 4, 6)
8963 seq( 2, 7)
8964 seq( 1, 8)
8965 @end example
8967 @noindent
8968 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8970 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8972 @smallexample
8973 @group
8974 [ seq(n) := seq(n, 0),
8975   seq(1, c) := c,
8976   ... ]
8977 @end group
8978 @end smallexample
8980 @noindent
8981 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8982 as the result.
8984 The change to return a vector is quite simple:
8986 @smallexample
8987 @group
8988 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8989   seq(1, v) := v | 1,
8990   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8991   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8992 @end group
8993 @end smallexample
8995 @noindent
8996 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8998 Notice that the @cite{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8999 rule since the @cite{n = 1} case is now detected by another rule.
9000 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
9001 initial value is suitable before the computation begins.
9003 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
9004 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
9005 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
9006 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
9007 apply and the rewrites will stop right away.
9009 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
9010 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
9012 @noindent
9013 @ignore
9014 @starindex
9015 @end ignore
9016 @tindex nterms
9017 If @cite{x} is the sum @cite{a + b}, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' must
9018 be `@t{nterms(}@var{a}@t{)}' plus `@t{nterms(}@var{b}@t{)}'.  If @cite{x}
9019 is not a sum, then `@t{nterms(}@var{x}@t{)}' = 1.
9021 @smallexample
9022 @group
9023 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
9024   nterms(x)     := 1 ]
9025 @end group
9026 @end smallexample
9028 @noindent
9029 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
9030 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
9031 already know that @samp{x} is not a sum.
9033 @node Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 7, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
9034 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9036 Just put the rule @samp{0^0 := 1} into @code{EvalRules}.  For example,
9037 before making this definition we have:
9039 @smallexample
9040 @group
9041 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 0^0, 1, 1]
9042 1:  0                                    .
9043     .
9045     v x 5 @key{RET}  3 -  0                    V M ^
9046 @end group
9047 @end smallexample
9049 @noindent
9050 But then:
9052 @smallexample
9053 @group
9054 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 1, 1, 1]
9055 1:  0                                    .
9056     .
9058     U  ' 0^0:=1 @key{RET} s t EvalRules @key{RET}    V M ^
9059 @end group
9060 @end smallexample
9062 Perhaps more surprisingly, this rule still works with infinite mode
9063 turned on.  Calc tries @code{EvalRules} before any built-in rules for
9064 a function.  This allows you to override the default behavior of any
9065 Calc feature:  Even though Calc now wants to evaluate @cite{0^0} to
9066 @code{nan}, your rule gets there first and evaluates it to 1 instead.
9068 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
9069 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
9070 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
9072 @node Rewrites Answer 7, Programming Answer 1, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9073 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 7
9075 @noindent
9076 Here is a rule set that will do the job:
9078 @smallexample
9079 @group
9080 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9081   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9082      :: constant(a) :: constant(b),
9083   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9084      :: constant(a) :: constant(b),
9085   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9086   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9087   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9088 @end group
9089 @end smallexample
9091 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9092 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9093 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9094 say, @code{O}, first.
9096 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9097 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9098 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9099 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9100 you if you put it into @code{EvalRules}!
9102 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9103 The optional constant coefficients are there mostly so that
9104 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9105 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9107 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9109 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9110 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9111 with @samp{a = 1/4}.)
9113 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9114 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9115 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9116 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9117 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9119 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9121 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9122 that represents truncated power series.  We might represent these as
9123 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9124 a vector of coefficients for @cite{x^0}, @cite{x^1}, @cite{x^2}, and so
9125 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9126 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9127 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9128 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9129 you could still enter power series in exactly the same notation as
9130 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9131 although the objects would be a bit harder to read.
9133 @c [fix-ref Compositions]
9134 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9135 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9136 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9137 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9138 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9139 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9140 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9141 objects have a special display format that makes them look like
9142 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9143 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9144 this it would probably be better to write the formatting routine
9145 in Lisp.)
9147 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 7, Answers to Exercises
9148 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9150 @noindent
9151 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9152 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9153 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9154 change this to @samp{(x)} since @cite{t} is really a dummy variable
9155 to be used within @code{ninteg}.
9157 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
9158 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
9160 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9161 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9163 @noindent
9164 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9165 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9167 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9168 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9170 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9171 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9172 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9174 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9175 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9177 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9178 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9180 @noindent
9181 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9182 algebraic entry, whichever way you prefer:
9184 @noindent
9185 Computing @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
9186 @cite{sin(x) / x}:
9188 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9190 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9192 @noindent
9193 Computing the logarithm:
9195 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9197 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9199 @noindent
9200 Computing the vector of integers:
9202 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9203 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9204 from the stack.)
9206 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9207 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9208 next command.)
9210 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9212 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9213 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9215 @noindent
9216 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9218 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9219 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9221 @smallexample
9222 @group
9223 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9224 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9225     .                                            .
9227    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9228 @end group
9229 @end smallexample
9231 @noindent
9232 This answer is quite accurate.
9234 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9235 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9237 @noindent
9238 Here is the matrix:
9240 @example
9241 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9242   [ 1, 1 ] ]
9243 @end example
9245 @noindent
9246 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @cite{n+1}
9247 and @cite{n+2}.  Here's one program that does the job:
9249 @example
9250 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9251 @end example
9253 @noindent
9254 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9255 matrix (or other value) to the power @cite{n} in only @c{$\log_2 n$}
9256 @cite{log(n,2)}
9257 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9258 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9259 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9260 required so many steps that it would not have been practical.
9262 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9263 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9265 @noindent
9266 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9267 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9268 a separate variable to hold the integer counter.
9270 @smallexample
9271 @group
9272 1:  1          2:  1       1:  .
9273     .          1:  4
9274                    .
9276     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9277 @end group
9278 @end smallexample
9280 @noindent
9281 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9282 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9283 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9284 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9285 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9286 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9287 loop counter exceeds 4.
9289 @smallexample
9290 @group
9291 2:  31                  3:  31
9292 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9293     .                   1:  4.02724519544
9294                             .
9296     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9297 @end group
9298 @end smallexample
9300 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9301 harmonic number is 4.02.
9303 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9304 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9306 @noindent
9307 The first step is to compute the derivative @cite{f'(x)} and thus
9308 the formula @c{$\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}$}
9309 @cite{x - f(x)/f'(x)}.
9311 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9312 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9313 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9314 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9315 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9316 just for purposes of illustration.)
9318 @smallexample
9319 @group
9320 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9321 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9322     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9323                                      .
9325 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9327 @end group
9328 @end smallexample
9329 @noindent
9330 @smallexample
9331 @group
9332 2:  4.5
9333 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9334     .
9336     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9337 @end group
9338 @end smallexample
9340 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9341 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9342 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9343 repetitions are done.)
9345 @smallexample
9346 @group
9347 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9348     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9349                 1:  4.5                         .
9350                     .
9352   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9353 @end group
9354 @end smallexample
9356 This is the new guess for @cite{x}.  Now we compare it with the
9357 old one to see if we've converged.
9359 @smallexample
9360 @group
9361 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9362 2:  5.24196     1:  0               .               .
9363 1:  4.5             .
9364     .
9366   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9367 @end group
9368 @end smallexample
9370 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9371 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9373 @smallexample
9374 @group
9375 2:  5.26345856348
9376 1:  0.499999999997
9377     .
9379  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9380 @end group
9381 @end smallexample
9383 Let's test the new definition again:
9385 @smallexample
9386 @group
9387 2:  x^2 - 9           1:  3.
9388 1:  1                     .
9389     .
9391   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9392 @end group
9393 @end smallexample
9395 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9397 @example
9398 @group
9399 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9400            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9401                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9402               Z >
9403       Z '
9404 C-x )
9405 @end group
9406 @end example
9408 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9409 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9410 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9411 to see how to use it.
9413 @c [fix-ref Root Finding]
9414 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9415 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9416 @xref{Root Finding}.
9418 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9419 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9421 @noindent
9422 The first step is to adjust @cite{z} to be greater than 5.  A simple
9423 ``for'' loop will do the job here.  If @cite{z} is less than 5, we
9424 reduce the problem using @c{$\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z$}
9425 @cite{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9426 on to compute @c{$\psi(z+1)$}
9427 @cite{psi(z+1)}, and remember to add back a factor of
9428 @cite{-1/z} when we're done.  This step is repeated until @cite{z > 5}.
9430 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9431 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9432 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9433 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9434 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9435 just for purposes of illustration.)
9437 @smallexample
9438 @group
9439 1:  1.             1:  1.
9440     .                  .
9442  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9443 @end group
9444 @end smallexample
9446 Here, variable 1 holds @cite{z} and variable 2 holds the adjustment
9447 factor.  If @cite{z < 5}, we use a loop to increase it.
9449 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9450 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9451 and will never converge because fractions compare equal only if they
9452 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9454 @smallexample
9455 @group
9456 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9457 2:  1.      1:  1            .
9458 1:  5           .
9459     .
9461   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9462 @end group
9463 @end smallexample
9465 Now we compute the initial part of the sum:  @c{$\ln z - {1 \over 2z}$}
9466 @cite{ln(z) - 1/2z}
9467 minus the adjustment factor.
9469 @smallexample
9470 @group
9471 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9472 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9473     .                      .
9475     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9476 @end group
9477 @end smallexample
9479 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9480 up the value of @cite{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9481 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9483 @smallexample
9484 @group
9485 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9486 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9487 1:  40            1:  2              2:  2                .
9488     .                 .              1:  36.
9489                                          .
9491    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9493 @end group
9494 @end smallexample
9495 @noindent
9496 @smallexample
9497 @group
9498 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9499 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9500 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9501     .                 .
9503   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9504 @end group
9505 @end smallexample
9507 This is the value of @c{$-\gamma$}
9508 @cite{- gamma}, with a slight bit of roundoff error.
9509 To get a full 12 digits, let's use a higher precision:
9511 @smallexample
9512 @group
9513 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9514 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9516     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9517 @end group
9518 @end smallexample
9520 Here's the complete sequence of keystrokes:
9522 @example
9523 @group
9524 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9525            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9526            L r 1 2 * & - r 2 -
9527            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9528                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9529                   2  Z )
9530       Z '
9531 C-x )
9532 @end group
9533 @end example
9535 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9536 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9538 @noindent
9539 Taking the derivative of a term of the form @cite{x^n} will produce
9540 a term like @c{$n x^{n-1}$}
9541 @cite{n x^(n-1)}.  Taking the derivative of a constant
9542 produces zero.  From this it is easy to see that the @cite{n}th
9543 derivative of a polynomial, evaluated at @cite{x = 0}, will equal the
9544 coefficient on the @cite{x^n} term times @cite{n!}.
9546 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9547 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9548 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9549 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9550 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9551 just for purposes of illustration.)
9553 @smallexample
9554 @group
9555 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9556 1:  6                          2:  0
9557     .                          1:  6
9558                                    .
9560   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9561 @end group
9562 @end smallexample
9564 @noindent
9565 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9567 @smallexample
9568 @group
9569 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9570 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9571     .              1:  1                      .
9572                        .
9574    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9575 @end group
9576 @end smallexample
9578 @noindent
9579 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9580 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9581 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9583 @smallexample
9584 @group
9585 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9586     .                         .             .
9588     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9589 @end group
9590 @end smallexample
9592 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9593 against a table of powers of @cite{x}.
9595 @smallexample
9596 @group
9597 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9598 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9599     .                            .
9601     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9603 @end group
9604 @end smallexample
9605 @noindent
9606 @smallexample
9607 @group
9608 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9609 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9610     .
9612     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9613 @end group
9614 @end smallexample
9616 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9618 @example
9619 @group
9620 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9621            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9622                 a d x @key{RET}
9623          1 Z ) r 1
9624       Z '
9625 C-x )
9627 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9628 @end group
9629 @end example
9631 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9632 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9634 @noindent
9635 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9636 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9637 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9638 sure the stack comes out right.
9640 @smallexample
9641 @group
9642 2:  4          1:  4                         2:  4
9643 1:  2              .                         1:  2
9644     .                                            .
9646   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9647 @end group
9648 @end smallexample
9650 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9651 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9652 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9653 to the form @cite{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9655 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9656 below.  You can use @kbd{M-# m} to load it from there.)
9658 @smallexample
9659 @group
9660 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9661 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9662     .        2:  4       1:  0           .
9663              1:  2           .
9664                  .
9666   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9668 @end group
9669 @end smallexample
9670 @noindent
9671 @smallexample
9672 @group
9673 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9674 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9675 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9676 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9677     .                                                .        .
9679   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9680 @end group
9681 @end smallexample
9683 @noindent
9684 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9685 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9687 @smallexample
9688 @group
9689 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9690 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9691 1:  2               2:  3           1:  3           .
9692     .               1:  2               .
9693                         .
9695  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9697 @end group
9698 @end smallexample
9699 @noindent
9700 @smallexample
9701 @group
9702 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9703     .                           1:  2              .       1:  11
9704                                     .                          .
9706   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9707 @end group
9708 @end smallexample
9710 Even though the result that we got during the definition was highly
9711 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9712 the right answers.
9714 Here's the full program once again:
9716 @example
9717 @group
9718 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9719        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9720        Z :  @key{RET} 0 a =
9721             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9722             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9723                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9724             Z ]
9725        Z ]
9726 C-x )
9727 @end group
9728 @end example
9730 You can read this definition using @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro})
9731 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9732 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9733 definition as it reads it in.  For this reason, @code{M-# m} is often
9734 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9736 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9737 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9739 @noindent
9740 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9741 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9743 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9744 Stirling numbers in a convenient variable:
9746 @smallexample
9747 s e StirlingRules @key{RET}
9748 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9749   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9750   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9751 C-c C-c
9752 @end smallexample
9754 Now, it's just a matter of applying the rules:
9756 @smallexample
9757 @group
9758 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9759 1:  2              .                        .
9760     .
9762   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9763 @end group
9764 @end smallexample
9766 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9767 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9768 the last rule.
9770 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9771 @tex
9772 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9773 @end tex
9775 @c [reference]
9777 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9778 @chapter Introduction
9780 @noindent
9781 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9782 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9783 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9785 @c [when-split]
9786 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9788 @menu
9789 * Basic Commands::
9790 * Help Commands::
9791 * Stack Basics::
9792 * Numeric Entry::
9793 * Algebraic Entry::
9794 * Quick Calculator::
9795 * Keypad Mode::
9796 * Prefix Arguments::
9797 * Undo::
9798 * Error Messages::
9799 * Multiple Calculators::
9800 * Troubleshooting Commands::
9801 @end menu
9803 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9804 @section Basic Commands
9806 @noindent
9807 @pindex calc
9808 @pindex calc-mode
9809 @cindex Starting the Calculator
9810 @cindex Running the Calculator
9811 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9812 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9813 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9814 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9815 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9816 Mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9817 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9818 list of the results of all calculations that have been done.  The
9819 Calc Trail buffer uses a variant of Calc Mode, so Calculator commands
9820 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9821 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9822 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.@refill
9824 @kindex M-# c
9825 @kindex M-# M-#
9826 @ignore
9827 @mindex @null
9828 @end ignore
9829 @kindex M-# #
9830 In most installations, the @kbd{M-# c} key sequence is a more
9831 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{M-# M-#} and
9832 @kbd{M-# #} are synonyms for @kbd{M-# c} unless you last used Calc
9833 in its ``keypad'' mode.
9835 @kindex x
9836 @kindex M-x
9837 @pindex calc-execute-extended-command
9838 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9839 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9840 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9841 key (@code{calc-execute-extended-command})
9842 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9843 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9844 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.@refill
9846 @cindex Extensions module
9847 @cindex @file{calc-ext} module
9848 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{M-# c}, the
9849 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9850 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9851 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9852 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9853 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9854 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9855 extension module automatically, you can force it to load all the
9856 extensions by using the @kbd{M-# L} (@code{calc-load-everything})
9857 command.  @xref{Mode Settings}.@refill
9859 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{M-# c} with any numeric prefix argument,
9860 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9861 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9862 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9863 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9864 to auto-load the Calculator.@refill
9866 @kindex M-# b
9867 @pindex full-calc
9868 If you type @kbd{M-# b}, then next time you use @kbd{M-# c} you
9869 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9870 When full-screen mode is on, @kbd{M-# c} runs the @code{full-calc}
9871 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9872 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9873 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9874 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9876 @kindex M-# o
9877 @pindex calc-other-window
9878 The @kbd{M-# o} command is like @kbd{M-# c} except that the Calc
9879 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9880 window, @kbd{M-# o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9881 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9882 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9883 @kbd{M-# o} takes care not to do.)
9885 @ignore
9886 @mindex M-# q
9887 @end ignore
9888 For one quick calculation, you can type @kbd{M-# q} (@code{quick-calc})
9889 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9890 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9891 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9893 @ignore
9894 @mindex M-# k
9895 @end ignore
9896 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9897 @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9898 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9899 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9901 @kindex q
9902 @pindex calc-quit
9903 @cindex Quitting the Calculator
9904 @cindex Exiting the Calculator
9905 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc Mode and closes the
9906 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9907 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9908 contents of the stack intact.  Typing @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}
9909 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9910 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{M-# M-#} as toggling the
9911 Calculator on and off.@refill
9913 @kindex M-# x
9914 The @kbd{M-# x} command also turns the Calculator off, no matter which
9915 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9916 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9918 @kindex d @key{SPC}
9919 @pindex calc-refresh
9920 @cindex Refreshing a garbled display
9921 @cindex Garbled displays, refreshing
9922 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9923 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9924 buffer have been damaged somehow.
9926 @ignore
9927 @mindex o
9928 @end ignore
9929 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9930 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9932 @kindex <
9933 @kindex >
9934 @pindex calc-scroll-left
9935 @pindex calc-scroll-right
9936 @cindex Horizontal scrolling
9937 @cindex Scrolling
9938 @cindex Wide text, scrolling
9939 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9940 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9941 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9942 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9943 window whenever it can.)@refill
9945 @kindex @{
9946 @kindex @}
9947 @pindex calc-scroll-down
9948 @pindex calc-scroll-up
9949 @cindex Vertical scrolling
9950 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9951 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9952 height of the Calc window.@refill
9954 @kindex M-# 0
9955 @pindex calc-reset
9956 The @kbd{M-# 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{M-#} followed
9957 by a zero) resets the Calculator to its default state.  This clears
9958 the stack, resets all the modes, clears the caches (@pxref{Caches}),
9959 and so on.  (It does @emph{not} erase the values of any variables.)
9960 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents
9961 of the stack but resets everything else.
9963 @pindex calc-version
9964 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9965 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9966 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9967 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9969 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9970 @section Help Commands
9972 @noindent
9973 @cindex Help commands
9974 @kindex ?
9975 @pindex calc-help
9976 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9977 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9978 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9979 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9980 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9981 to see additional commands for that prefix.)
9983 @kindex h h
9984 @pindex calc-full-help
9985 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9986 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9987 summary of Calc keystrokes.
9989 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9990 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9991 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9993 @kindex h i
9994 @kindex M-# i
9995 @kindex i
9996 @pindex calc-info
9997 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9998 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9999 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
10000 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
10001 manual.  The @kbd{M-# i} command is another way to read the Calc
10002 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
10003 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
10004 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
10005 different command in a future version of Calc.
10007 @kindex h t
10008 @kindex M-# t
10009 @pindex calc-tutorial
10010 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
10011 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
10012 except that it selects the starting node of the tutorial rather
10013 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
10014 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
10015 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
10016 The @kbd{M-# t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
10017 all times).
10019 @kindex h s
10020 @kindex M-# s
10021 @pindex calc-info-summary
10022 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
10023 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{M-# s}
10024 key is equivalent to @kbd{h s}.
10026 @kindex h k
10027 @pindex calc-describe-key
10028 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
10029 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
10030 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
10031 command.  This works by looking up the textual description of
10032 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
10033 node indicated by the index.
10035 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10036 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10037 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10038 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10040 @kindex h c
10041 @pindex calc-describe-key-briefly
10042 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10043 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10044 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10045 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10046 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10047 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10048 gives the description:
10050 @smallexample
10051 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10052 @end smallexample
10054 @noindent
10055 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10056 takes a value @cite{a} from the stack, prompts for a value @cite{v},
10057 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10058 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10059 additional notes from the summary that apply to this command.
10061 @kindex h f
10062 @pindex calc-describe-function
10063 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10064 algebraic function or a command name in the Calc manual.  The
10065 prompt initially contains @samp{calcFunc-}; follow this with an
10066 algebraic function name to look up that function in the Function
10067 Index.  Or, backspace and enter a command name beginning with
10068 @samp{calc-} to look it up in the Command Index.  This command
10069 will also look up operator symbols that can appear in algebraic
10070 formulas, like @samp{%} and @samp{=>}.
10072 @kindex h v
10073 @pindex calc-describe-variable
10074 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10075 variable in the Calc manual.  The prompt initially contains the
10076 @samp{var-} prefix; just add a variable name like @code{pi} or
10077 @code{PlotRejects}.
10079 @kindex h b
10080 @pindex describe-bindings
10081 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10082 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10083 listed.
10085 @kindex h n
10086 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10087 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10088 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10089 source files.
10091 @kindex h C-c
10092 @kindex h C-d
10093 @kindex h C-w
10094 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10095 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10096 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10097 Bugs'' sections of the manual.
10099 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10100 @section Stack Basics
10102 @noindent
10103 @cindex Stack basics
10104 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10105 Calc uses RPN notation.  If you are not familar with RPN, @pxref{RPN
10106 Tutorial}.
10108 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10109 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10110 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10111 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10112 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10113 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10114 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10115 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@i{-2}).@refill
10117 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10118 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10119 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10120 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10121 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10122 @pxref{Truncating the Stack}.
10124 @kindex d l
10125 @pindex calc-line-numbering
10126 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10127 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10128 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10129 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10130 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10132 @kindex o
10133 @pindex calc-realign
10134 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10135 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10136 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10137 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10139 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10140 two consecutive numbers.
10141 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10142 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10143 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10144 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.@refill
10146 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10147 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10148 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10149 commands.@refill
10151 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10152 @section Numeric Entry
10154 @noindent
10155 @kindex 0-9
10156 @kindex .
10157 @kindex e
10158 @cindex Numeric entry
10159 @cindex Entering numbers
10160 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10161 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10162 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10163 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10164 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10166 @cindex Minus signs
10167 @cindex Negative numbers, entering
10168 @kindex _
10169 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10170 typified by @cite{a-b} (subtraction), @cite{-x}
10171 (change-sign), and @cite{-5} (negative number).  Calc uses three
10172 different keys for these operations, respectively:
10173 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10174 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10175 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10176 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10177 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10178 number @i{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10179 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.@refill
10181 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10182 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10183 These notations are described later in this manual with the corresponding
10184 data types.  @xref{Data Types}.
10186 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10188 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10189 @section Algebraic Entry
10191 @noindent
10192 @kindex '
10193 @pindex calc-algebraic-entry
10194 @cindex Algebraic notation
10195 @cindex Formulas, entering
10196 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10197 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10198 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10199 @c{$2+(3\times4) = 14$}
10200 @cite{2+(3*4) = 14} and pushes that on the stack.  If you wish you can
10201 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10202 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10203 clear previous results off the stack.@refill
10205 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10206 the half-entered number into algebraic entry mode.  One reason to do this
10207 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10208 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10210 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10211 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10212 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10213 @xref{Editing Stack Entries}.
10215 @kindex m a
10216 @pindex calc-algebraic-mode
10217 @cindex Algebraic mode
10218 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10219 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10220 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10221 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10222 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10223 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10224 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10225 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10226 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.@refill
10228 @cindex Incomplete algebraic mode
10229 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10230 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10231 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10232 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10234 @kindex m t
10235 @pindex calc-total-algebraic-mode
10236 @cindex Total algebraic mode
10237 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10238 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10239 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10240 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10241 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10242 ``total'' algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10243 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10244 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns total algebraic
10245 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10246 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10247 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10249 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10250 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10251 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10253 @kindex $
10254 @cindex Formulas, referring to stack
10255 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10256 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10257 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10258 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10259 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10260 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10261 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10262 first character in the new formula.@refill
10264 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10265 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10266 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10267 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10268 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10269 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10270 since no single @samp{$} appears in this formula.)@refill
10272 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10273 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10274 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10275 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10276 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10277 on the stack and pushes an additional 6.
10279 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10280 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10281 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10282 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10283 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10284 @key{TAB} key.
10286 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10287 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10288 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10289 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10291 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10292 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10293 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10294 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10295 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @cite{1+2};
10296 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10298 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10299 @section ``Quick Calculator'' Mode
10301 @noindent
10302 @kindex M-# q
10303 @pindex quick-calc
10304 @cindex Quick Calculator
10305 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10306 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{M-# q} (or
10307 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10308 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10309 area, without ever actually putting up a Calc window.
10311 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10312 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10313 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10314 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10315 forget what it was, just run @code{M-# q} again and enter
10316 @samp{$} as the formula.
10318 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10319 session, the @kbd{M-# q} command will create the @code{*Calculator*}
10320 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10321 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10322 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10323 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10324 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10325 the regular @kbd{p} command.
10327 If you use @code{M-# q} from inside the Calculator buffer, the
10328 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10330 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10331 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10332 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10333 to yank the result into the next @kbd{M-# q} input line as a more
10334 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10335 into the Calculator stack after typing @kbd{M-# c}.
10337 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10338 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10339 buffer rather than going into the kill ring.
10341 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10342 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10343 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10344 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10345 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10346 @xref{Store and Recall}.
10348 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10349 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10350 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10351 an ASCII character.
10353 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10354 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10355 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10356 is displayed only according to the current mode settings.  But
10357 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10358 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10359 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10361 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10362 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10363 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10364 small calculations.
10366 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10367 @section Numeric Prefix Arguments
10369 @noindent
10370 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10371 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10372 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10373 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10374 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.@refill
10376 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10377 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10378 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10379 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10380 on the entire stack.
10382 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10383 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10384 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10385 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10386 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10387 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10388 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10389 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10390 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10391 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10392 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10393 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10394 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10395 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10396 argument for some other purpose.
10398 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10399 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10400 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10401 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.@refill
10403 @kindex ~
10404 @pindex calc-num-prefix
10405 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10406 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10407 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10408 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10409 to the fourth power and set the precision to that value.@refill
10411 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10412 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10414 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10415 @section Undoing Mistakes
10417 @noindent
10418 @kindex U
10419 @kindex C-_
10420 @pindex calc-undo
10421 @cindex Mistakes, undoing
10422 @cindex Undoing mistakes
10423 @cindex Errors, undoing
10424 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10425 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10426 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10427 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10428 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10429 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10430 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10431 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{M-# c} is
10432 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10433 also clears the undo history.)
10435 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10436 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10437 will need to reset the mode yourself.
10439 @kindex D
10440 @pindex calc-redo
10441 @cindex Redoing after an Undo
10442 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10443 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10444 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10445 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10446 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10447 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10448 any other change, then it will be too late to redo.
10450 @kindex M-@key{RET}
10451 @pindex calc-last-args
10452 @cindex Last-arguments feature
10453 @cindex Arguments, restoring
10454 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10455 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10456 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10457 prefix argument, this command applies to the @cite{n}th most recent
10458 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10459 onto the stack.
10461 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10462 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10464 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10465 @xref{Trail Commands}.
10467 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10469 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10470 @section Error Messages
10472 @noindent
10473 @kindex w
10474 @pindex calc-why
10475 @cindex Errors, messages
10476 @cindex Why did an error occur?
10477 Many situations that would produce an error message in other calculators
10478 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10479 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @cite{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10480 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10481 reasons for this to happen.
10483 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10484 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10485 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10486 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10487 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10488 the same computation results in several messages.  (The first message
10489 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10491 @kindex d w
10492 @pindex calc-auto-why
10493 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10494 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10495 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10496 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10497 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10498 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10500 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10501 @section Multiple Calculators
10503 @noindent
10504 @pindex another-calc
10505 It is possible to have any number of Calc Mode buffers at once.
10506 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10507 is similar to @kbd{M-# c} except that if a @samp{*Calculator*}
10508 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10509 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10510 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10511 this would ordinarily never be done.
10513 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10514 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10515 Calculator buffer.
10517 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10518 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10519 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10520 global default values of these variables are used only when a new
10521 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10522 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10524 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10525 Calculator buffers.
10527 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10528 @section Troubleshooting Commands
10530 @noindent
10531 This section describes commands you can use in case a computation
10532 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10534 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10535 to a bug or deficiency in Calc.
10537 @menu
10538 * Autoloading Problems::
10539 * Recursion Depth::
10540 * Caches::
10541 * Debugging Calc::
10542 @end menu
10544 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10545 @subsection Autoloading Problems
10547 @noindent
10548 The Calc program is split into many component files; components are
10549 loaded automatically as you use various commands that require them.
10550 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10551 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10552 work because some function you've never heard of was undefined.
10554 @kindex M-# L
10555 @pindex calc-load-everything
10556 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{M-# L}
10557 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10558 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10559 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10561 If you seem to run into this problem no matter what you do, or if
10562 even the @kbd{M-# L} command crashes, Calc may have been improperly
10563 installed.  @xref{Installation}, for details of the installation
10564 process.
10566 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10567 @subsection Recursion Depth
10569 @noindent
10570 @kindex M
10571 @kindex I M
10572 @pindex calc-more-recursion-depth
10573 @pindex calc-less-recursion-depth
10574 @cindex Recursion depth
10575 @cindex ``Computation got stuck'' message
10576 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10577 @cindex @code{max-specpdl-size}
10578 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10579 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10580 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10581 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10582 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10583 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10584 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)@refill
10586 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10587 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10588 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10589 The default value is 1000.
10591 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10592 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10594 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10595 @subsection Caches
10597 @noindent
10598 @cindex Caches
10599 @cindex Flushing caches
10600 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10601 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10602 constant @c{$\pi$}
10603 @cite{pi} to about 20 decimal places; if the current precision
10604 is greater than this, it will recompute @c{$\pi$}
10605 @cite{pi} using a series
10606 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10607 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10608 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10609 @c{$\pi \over 4$}
10610 @cite{pi/4} and @c{$\ln 2$}
10611 @cite{ln(2)}.  The visible effect of caching is that
10612 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10613 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10614 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10615 data points computed by the graphing commands.
10617 @pindex calc-flush-caches
10618 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10619 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10620 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10621 The @kbd{M-# 0} (with the zero key) command also resets caches along
10622 with all other aspects of the Calculator's state.
10624 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10625 @subsection Debugging Calc
10627 @noindent
10628 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10629 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10630 your own Calc commands.
10632 @kindex Z T
10633 @pindex calc-timing
10634 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10635 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10636 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10637 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10638 accurate only to within one second.
10640 All steps of executing a command are included; in particular, time
10641 taken to format the result for display in the stack and trail is
10642 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10643 be answered, while others do not; this depends on the exact
10644 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10645 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10646 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10647 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10648 to execute the whole macro.
10650 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10651 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10652 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10653 that may take a long time to format and you don't wish to count
10654 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10655 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10656 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10658 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10659 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10660 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10661 This generally prevents garbage collection during the timing of
10662 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10663 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10664 factor in the timing of Emacs operations.)
10666 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10667 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10668 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10669 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10670 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10671 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10672 in the handler itself rather than at the true location of the
10673 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10674 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10675 will be lost.
10677 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10678 @chapter Data Types
10680 @noindent
10681 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10682 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10683 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10684 types are represented as underlying Lisp objects.)@refill
10686 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10687 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10688 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10689 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10690 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10691 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10692 matrices, or algebraic formulas.
10694 @menu
10695 * Integers::                The most basic data type.
10696 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10697 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10698 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10699 * Infinities::
10700 * Vectors and Matrices::
10701 * Strings::
10702 * HMS Forms::
10703 * Date Forms::
10704 * Modulo Forms::
10705 * Error Forms::
10706 * Interval Forms::
10707 * Incomplete Objects::
10708 * Variables::
10709 * Formulas::
10710 @end menu
10712 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10713 @section Integers
10715 @noindent
10716 @cindex Integers
10717 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10718 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10719 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10720 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10721 floating-point form according to the current Fraction Mode.
10722 @xref{Fraction Mode}.)
10724 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10725 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10726 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10727 must not type commas during the entry of numbers.@refill
10729 @kindex #
10730 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10731 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10732 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10733 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10734 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10735 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10736 number, the current display radix is used.@refill
10738 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10739 @section Fractions
10741 @noindent
10742 @cindex Fractions
10743 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10744 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10745 performs RPN division; the following two sequences push the number
10746 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10747 assuming Fraction Mode has been enabled.)
10748 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10749 simplest form, which may in fact be an integer.@refill
10751 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10752 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10753 display formats.@refill
10755 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10756 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10757 form).  The numerator and denominator always use the same radix.@refill
10759 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10760 @section Floats
10762 @noindent
10763 @cindex Floating-point numbers
10764 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10765 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10766 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10767 range of acceptable values is from @c{$10^{-3999999}$}
10768 @cite{10^-3999999} (inclusive)
10769 to @c{$10^{4000000}$}
10770 @cite{10^4000000}
10771 (exclusive), plus the corresponding negative
10772 values and zero.
10774 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10775 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10776 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10777 indicate that during the calculation a number would have been produced
10778 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10779 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10780 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10781 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10782 would have overflowed!)
10784 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10785 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10786 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10787 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10789 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10790 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10791 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10792 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10793 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10794 or 0.235.
10796 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10797 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10798 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10799 available.  @xref{Float Formats}.
10801 @cindex Accuracy of calculations
10802 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10803 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10804 number of significant digits specified by the current precision,
10805 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10806 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10807 as square roots and transcendental functions are performed with several
10808 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10809 final result accurate to the full requested precision.  However,
10810 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10811 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10812 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10813 way.@refill
10815 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10816 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
10817 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
10818 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
10819 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
10820 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
10821 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
10822 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
10823 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
10824 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
10825 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10826 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10827 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10829 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10830 @section Complex Numbers
10832 @noindent
10833 @cindex Complex numbers
10834 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10835 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10836 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10837 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10838 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10839 notation; @pxref{Complex Formats}.@refill
10841 Polar complex numbers are displayed in the form `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
10842 @var{theta}@t{)}'
10843 where @var{r} is the nonnegative magnitude and @c{$\theta$}
10844 @var{theta} is the argument
10845 or phase angle.  The range of @c{$\theta$}
10846 @var{theta} depends on the current angular
10847 mode (@pxref{Angular Modes}); it is generally between @i{-180} and
10848 @i{+180} degrees or the equivalent range in radians.@refill
10850 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10851 @xref{Incomplete Objects}.
10853 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10854 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10855 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10856 a negative real), the current @dfn{Polar Mode} is used to determine the
10857 type.  @xref{Polar Mode}.
10859 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10860 is 0 or 180 degrees or @c{$\pi$}
10861 @cite{pi} radians) is automatically converted to a real
10862 number.
10864 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10865 @section Infinities
10867 @noindent
10868 @cindex Infinity
10869 @cindex @code{inf} variable
10870 @cindex @code{uinf} variable
10871 @cindex @code{nan} variable
10872 @vindex inf
10873 @vindex uinf
10874 @vindex nan
10875 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10876 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10877 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10878 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10879 names for your own variables because Calc gives them special
10880 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10881 entered using algebraic entry.
10883 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10884 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10885 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10886 really mean is that @cite{1 / x}, as @cite{x} becomes larger and
10887 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10888 that if @cite{x} got ``all the way to infinity,'' then @cite{1 / x}
10889 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10890 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that @c{$e^x$}
10891 @cite{exp(x)} grows without
10892 bound as @cite{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise stands
10893 for an infinitely negative real value; for example, we say that
10894 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10895 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10897 The same concept of limits can be used to define @cite{1 / 0}.  We
10898 really want the value that @cite{1 / x} approaches as @cite{x}
10899 approaches zero.  But if all we have is @cite{1 / 0}, we can't
10900 tell which direction @cite{x} was coming from.  If @cite{x} was
10901 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10902 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @cite{x} was negative and increasing
10903 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @cite{x}
10904 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10905 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10906 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10907 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10909 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10910 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10911 already have them.  Thus, @cite{1 / 0} is treated simply as an
10912 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10913 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10914 @cite{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10915 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10916 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10917 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10918 some cases.
10920 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10921 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10922 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10923 adding a finite number like five to it does not affect it.
10924 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10925 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10926 Just to show that infinities really are all the same size,
10927 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10928 notation.
10930 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10931 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10932 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10933 formula could be the limit of @cite{x / x} (giving a result of one),
10934 or @cite{2 x / x} (giving two), or @cite{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10935 or @cite{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10936 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10937 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10938 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10939 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10940 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10941 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10942 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10943 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10944 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on ``infinite mode''
10945 (as described above).
10947 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10948 @xref{Interval Forms}.
10950 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10951 @section Vectors and Matrices
10953 @noindent
10954 @cindex Vectors
10955 @cindex Plain vectors
10956 @cindex Matrices
10957 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10958 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10959 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10960 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10961 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10963 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10964 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10965 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10966 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10967 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10968 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10969 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10970 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10971 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10972 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10973 this case.
10975 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10976 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10977 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10978 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10979 of its elements.@refill
10981 @ignore
10982 @starindex
10983 @end ignore
10984 @tindex vec
10985 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10986 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an @c{$n\times m$}
10987 @asis{@var{n}x@var{m}}
10988 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10989 from 1 to @samp{n}.
10991 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10992 @section Strings
10994 @noindent
10995 @kindex "
10996 @cindex Strings
10997 @cindex Character strings
10998 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10999 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
11000 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
11001 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
11002 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
11003 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
11005 @example
11006 @group
11007 \a     7          \^@@    0
11008 \b     8          \^a-z  1-26
11009 \e     27         \^[    27
11010 \f     12         \^\\   28
11011 \n     10         \^]    29
11012 \r     13         \^^    30
11013 \t     9          \^_    31
11014                   \^?    127
11015 @end group
11016 @end example
11018 @noindent
11019 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
11020 character from its ASCII code.
11022 @kindex d "
11023 @pindex calc-display-strings
11024 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
11025 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
11026 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
11027 instead.
11029 The backslash notations shown above are also used for displaying
11030 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
11031 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
11032 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
11033 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
11034 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
11036 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
11037 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11038 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11040 @ignore
11041 @starindex
11042 @end ignore
11043 @tindex string
11044 There is a @code{string} function which provides a different display
11045 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11046 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11047 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11048 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11049 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11050 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11051 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11052 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11054 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11055 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11056 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11057 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11059 @ignore
11060 @starindex
11061 @end ignore
11062 @tindex bstring
11063 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11064 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11065 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11066 character in the string.
11068 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11069 @section HMS Forms
11071 @noindent
11072 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11073 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11074 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11075 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11076 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11077 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11078 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11079 degrees, minutes, and seconds.
11081 @kindex @@
11082 @ignore
11083 @mindex @null
11084 @end ignore
11085 @kindex ' (HMS forms)
11086 @ignore
11087 @mindex @null
11088 @end ignore
11089 @kindex " (HMS forms)
11090 @ignore
11091 @mindex @null
11092 @end ignore
11093 @kindex h (HMS forms)
11094 @ignore
11095 @mindex @null
11096 @end ignore
11097 @kindex o (HMS forms)
11098 @ignore
11099 @mindex @null
11100 @end ignore
11101 @kindex m (HMS forms)
11102 @ignore
11103 @mindex @null
11104 @end ignore
11105 @kindex s (HMS forms)
11106 The default format for HMS values is
11107 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11108 @samp{h} (for ``hours'') or
11109 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11110 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11111 accepted in place of @samp{"}.
11112 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11113 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11114 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11115 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11116 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11117 as @i{- @var{hours}} @i{-} @var{mins}/60 @i{-} @var{secs}/3600.
11118 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.@refill
11120 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11121 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11122 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11123 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11125 @pindex calc-time
11126 @cindex Time of day
11127 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11128 the stack as an HMS form.
11130 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11131 @section Date Forms
11133 @noindent
11134 @cindex Date forms
11135 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11136 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11137 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11138 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11139 computes the number of days between them (represented as a simple
11140 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11141 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11143 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11144 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11145 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11146 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11147 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11149 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11150 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11151 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11152 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11153 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11154 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11155 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11156 time can be stored without roundoff error.
11158 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11159 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11160 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11161 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11162 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11163 if astronomically high years are used, though this will not be an
11164 issue in everyday (or even everymillenium) use.  Note that date
11165 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11166 never an issue for them.
11168 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11169 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11170 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11172 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11173 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11174 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11175 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11176 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11178 @cindex Julian calendar
11179 @cindex Gregorian calendar
11180 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11181 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11182 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11183 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11184 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11185 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11186 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11187 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11188 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11189 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11190 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11191 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11192 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11193 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11194 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11195 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11196 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11197 To take another example, Russia waited until 1918 before
11198 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11199 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11200 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11201 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11203 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11204 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11205 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11206 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11207 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11209 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11210 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11211 yet been invented.  Thus the claim that day number @i{-10000} is
11212 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11214 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11215 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11216 days 0 and @i{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11218 @cindex Julian day counting
11219 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11220 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11221 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11222 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11223 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11224 is @i{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11225 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11226 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11227 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11228 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11229 this conversion for you.
11231 @cindex Unix time format
11232 The Unix operating system measures time as an integer number of
11233 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11234 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11235 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11236 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11237 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11238 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11239 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11240 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11241 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11242 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11243 for California time.  The same is usually true of Julian day
11244 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11245 conversions.
11247 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11248 @section Modulo Forms
11250 @noindent
11251 @cindex Modulo forms
11252 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11253 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11254 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11255 `@var{a} @t{mod} @var{M}',
11256 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11257 @c{$0 \le a < M$}
11258 @cite{0 <= a < @var{M}}.
11259 In many applications @cite{a} and @cite{M} will be
11260 integers but this is not required.@refill
11262 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11263 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11264 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11265 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11266 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11267 the result always lies in the desired range.
11269 When two modulo forms with identical @cite{M}'s are added or multiplied,
11270 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11271 @cite{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11272 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11273 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11274 to the power, then reduced modulo @cite{M}.  (When all values involved
11275 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11276 actually computing the power and then reducing.)
11278 @cindex Modulo division
11279 Two modulo forms `@var{a} @t{mod} @var{M}' and `@var{b} @t{mod} @var{M}'
11280 can be divided if @cite{a}, @cite{b}, and @cite{M} are all
11281 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11282 `@var{b} @t{mod} @var{M}', produces `@var{a} @t{mod} @var{M}'.  If
11283 there is no solution to this equation (which can happen only when
11284 @cite{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11285 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11286 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11287 @w{`@t{(}@var{a} @t{mod} @var{M}@t{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11288 in the sense of reducing @c{$\sqrt a$}
11289 @cite{sqrt(a)} modulo @cite{M}, this is not a
11290 useful definition from the number-theoretical point of view.)@refill
11292 @ignore
11293 @mindex M
11294 @end ignore
11295 @kindex M (modulo forms)
11296 @ignore
11297 @mindex mod
11298 @end ignore
11299 @tindex mod (operator)
11300 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11301 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11302 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @cite{M}
11303 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11304 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11305 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.@refill
11307 You can also use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11308 @xref{Building Vectors}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11310 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11311 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11312 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @cite{M}
11313 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11314 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11315 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11316 24 radians!
11318 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11319 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11320 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11322 @ignore
11323 @starindex
11324 @end ignore
11325 @tindex makemod
11326 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11327 @w{@samp{a mod m}}.
11329 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11330 @section Error Forms
11332 @noindent
11333 @cindex Error forms
11334 @cindex Standard deviations
11335 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11336 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11337 `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11338 @asis{sigma}' stands for an uncertain value which follows a normal or
11339 Gaussian distribution of mean @cite{x} and standard deviation or
11340 ``error'' @c{$\sigma$}
11341 @cite{sigma}.  Both the mean and the error can be either numbers or
11342 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11343 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11344 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11345 regular number by the Calculator.@refill
11347 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11348 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11349 numbers.  The error part for any function @cite{f(x)} (such as @c{$\sin x$}
11350 @cite{sin(x)})
11351 is defined by the error of @cite{x} times the derivative of @cite{f}
11352 evaluated at the mean value of @cite{x}.  For a two-argument function
11353 @cite{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11354 of the squares of the errors due to @cite{x} and @cite{y}.
11355 @tex
11356 $$ \eqalign{
11357   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11358     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11359   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11360     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11361         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11362                              \right| \right)^2
11363              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11364                              \right| \right)^2 } \cr
11365 } $$
11366 @end tex
11367 Note that this
11368 definition assumes the errors in @cite{x} and @cite{y} are uncorrelated.
11369 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11370 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11371 of two independent values which happen to have the same probability
11372 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11373 The former will produce an answer with less error, since on the average
11374 the two independent errors can be expected to cancel out.@refill
11376 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11377 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11378 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11379 are small.  As an example, the error arising from
11380 `@t{sin(}@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11381 @var{sigma}@t{)}' is
11382 `@c{$\sigma$\nobreak}
11383 @var{sigma} @t{abs(cos(}@var{x}@t{))}'.  When @cite{x} is close to zero,
11384 @c{$\cos x$}
11385 @cite{cos(x)} is
11386 close to one so the error in the sine is close to @c{$\sigma$}
11387 @cite{sigma}; this makes sense, since @c{$\sin x$}
11388 @cite{sin(x)} is approximately @cite{x} near zero, so a given
11389 error in @cite{x} will produce about the same error in the sine.  Likewise,
11390 near 90 degrees @c{$\cos x$}
11391 @cite{cos(x)} is nearly zero and so the computed error is
11392 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @cite{x}
11393 has relatively little effect on the value of @c{$\sin x$}
11394 @cite{sin(x)}.  However, consider
11395 @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so Calc will report
11396 zero error!  We get an obviously wrong result because we have violated
11397 the small-error approximation underlying the error analysis.  If the error
11398 in @cite{x} had been small, the error in @c{$\sin x$}
11399 @cite{sin(x)} would indeed have been negligible.@refill
11401 @ignore
11402 @mindex p
11403 @end ignore
11404 @kindex p (error forms)
11405 @tindex +/-
11406 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11407 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11408 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11409 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-p} to
11410 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11412 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11413 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11414 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11415 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11416 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11417 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11418 considers an error form with real components to represent a real number,
11419 not a complex distribution around a real mean.
11421 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11422 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11424 @ignore
11425 @starindex
11426 @end ignore
11427 @tindex sdev
11428 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11430 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11431 @section Interval Forms
11433 @noindent
11434 @cindex Interval forms
11435 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11436 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11437 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11438 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11439 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11440 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11441 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11442 of the possible range of values a computation will produce, given the
11443 set of possible values of the input.
11445 @ifinfo
11446 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11447 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11448 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11449 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11450 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11451 terms,
11452 @samp{[2 ..@: 4]} means @cite{2 <= x <= 4}, whereas
11453 @samp{[2 ..@: 4)} represents @cite{2 <= x < 4},
11454 @samp{(2 ..@: 4]} represents @cite{2 < x <= 4}, and
11455 @samp{(2 ..@: 4)} represents @cite{2 < x < 4}.@refill
11456 @end ifinfo
11457 @tex
11458 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11459 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11460 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11461 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11462 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11463 terms,
11464 $$ \eqalign{
11465    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11466    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11467    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11468    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11469 } $$
11470 @end tex
11472 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11473 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11474 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11475 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11476 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11477 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11478 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11479 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11480 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11481 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11482 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11483 the real infinities.
11485 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11486 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11487 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11488 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11489 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11490 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11491 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11493 ``Infinite mode'' also affects operations on intervals
11494 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11495 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11496 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in infinite mode;
11497 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11498 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11499 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11500 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11501 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11503 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11504 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11505 form `@var{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11506 @var{sigma}' means a variable is random, and its value could
11507 be anything but is ``probably'' within one @c{$\sigma$}
11508 @var{sigma} of the mean value @cite{x}.
11509 An interval `@t{[}@var{a} @t{..@:} @var{b}@t{]}' means a variable's value
11510 is unknown, but guaranteed to lie in the specified range.  Error forms
11511 are statistical or ``average case'' approximations; interval arithmetic
11512 tends to produce ``worst case'' bounds on an answer.@refill
11514 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11515 HMS forms or date forms.
11517 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11518 as subsets of the set of real numbers.
11520 @ignore
11521 @starindex
11522 @end ignore
11523 @tindex intv
11524 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11525 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11526 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11527 3 for @samp{[..]}.
11529 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11530 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11531 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11532 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11533 which means that roundoff errors could creep into an interval
11534 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11535 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11536 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11537 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11538 error.
11540 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11541 @section Incomplete Objects
11543 @noindent
11544 @ignore
11545 @mindex [ ]
11546 @end ignore
11547 @kindex [
11548 @ignore
11549 @mindex ( )
11550 @end ignore
11551 @kindex (
11552 @kindex ,
11553 @ignore
11554 @mindex @null
11555 @end ignore
11556 @kindex ]
11557 @ignore
11558 @mindex @null
11559 @end ignore
11560 @kindex )
11561 @cindex Incomplete vectors
11562 @cindex Incomplete complex numbers
11563 @cindex Incomplete interval forms
11564 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11565 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11566 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11567 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11568 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11569 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11571 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11572 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11573 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11575 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11576 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11577 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11578 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.@refill
11580 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11581 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11582 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11583 from the list.
11585 @kindex ;
11586 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11587 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11588 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11589 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11591 @kindex ..
11592 @pindex calc-dots
11593 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11594 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11595 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11596 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11597 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11598 the @code{calc-dots} command.
11600 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11601 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11603 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11604 @section Variables
11606 @noindent
11607 @cindex Variables, in formulas
11608 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11609 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11610 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11611 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11612 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11613 The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11614 @code{var-foo}.  Commands like @kbd{s s} (@code{calc-store}) that operate
11615 on variables can be made to use any arbitrary Lisp variable simply by
11616 backspacing over the @samp{var-} prefix in the minibuffer.@refill
11618 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11619 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11620 convenience variables @code{var-q0} through @code{var-q9}.  For example,
11621 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{var-q2}, and
11622 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11623 @code{var-foo}.@refill
11625 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11626 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11627 (@key{'}) key.  Variable names in algebraic formulas implicitly have
11628 @samp{var-} prefixed to their names.  The @samp{#} character in variable
11629 names used in algebraic formulas corresponds to a dash @samp{-} in the
11630 Lisp variable name.  If the name contains any dashes, the prefix @samp{var-}
11631 is @emph{not} automatically added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1}
11632 and @samp{var#foo + 1} both refer to the same variable.
11634 @kindex =
11635 @pindex calc-evaluate
11636 @cindex Evaluation of variables in a formula
11637 @cindex Variables, evaluation
11638 @cindex Formulas, evaluation
11639 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11640 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11641 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11642 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11643 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11644 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11645 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11646 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11647 the @var{n}th stack entry.
11649 @cindex @code{e} variable
11650 @cindex @code{pi} variable
11651 @cindex @code{i} variable
11652 @cindex @code{phi} variable
11653 @cindex @code{gamma} variable
11654 @vindex e
11655 @vindex pi
11656 @vindex i
11657 @vindex phi
11658 @vindex gamma
11659 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11660 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11661 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11662 their values are calculated if necessary according to the current precision
11663 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11664 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.@refill
11666 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11667 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11668 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11669 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11670 a value into any of these special variables.
11672 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11674 @node Formulas, , Variables, Data Types
11675 @section Formulas
11677 @noindent
11678 @cindex Formulas
11679 @cindex Expressions
11680 @cindex Operators in formulas
11681 @cindex Precedence of operators
11682 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11683 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11684 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11685 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11686 Parentheses may
11687 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11688 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11689 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11690 with their equivalent function names, are:
11692 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11694 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11696 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11697 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11699 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11700 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11702 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11703 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11705 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11707 @samp{*} [@code{mul}];
11709 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11710 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11712 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11714 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11716 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11717 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11719 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11721 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11723 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11725 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11727 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11729 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11731 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11733 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11735 @samp{=>} [@code{evalto}].
11737 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11738 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to @c{$a b \over c d$}
11739 @cite{(a*b)/(c*d)}.
11741 @cindex Multiplication, implicit
11742 @cindex Implicit multiplication
11743 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11744 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11745 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11746 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11747 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11748 as in @samp{f(x)},
11749 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11750 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11751 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11752 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11753 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.@refill
11755 @cindex Implicit comma in vectors
11756 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11757 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11758 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11759 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11760 to @samp{2*a*b + c*d}.
11761 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11762 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11763 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11764 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11765 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.@refill
11767 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11768 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11769 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11770 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11771 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11772 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11773 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11774 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11775 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11776 @w{@samp{[(a b)]}}.
11778 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11779 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11780 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11781 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11783 @cindex Function call notation
11784 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  Function names follow the same
11785 rules as variable names except that the default prefix @samp{calcFunc-} is
11786 used (instead of @samp{var-}) for the internal Lisp form.
11787 Most mathematical Calculator commands like
11788 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11789 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11790 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11791 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11792 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11793 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11794 use for your own function names.  @xref{Function Index}.@refill
11796 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11797 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11798 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11799 represent the same operation.@refill
11801 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11802 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11803 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{M-# g}
11804 and @w{@kbd{M-# r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11805 ``paste'' mouse operation, and Embedded Mode.  All of these operations
11806 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11807 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11809 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11810 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11811 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11812 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11814 @example
11815 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11816   c + d,
11817   %% last line is coming up:
11818   e + f ]
11819 @end example
11821 @noindent
11822 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11824 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11825 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11826 formats.
11828 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11830 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11831 @chapter Stack and Trail Commands
11833 @noindent
11834 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11835 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11836 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11838 @menu
11839 * Stack Manipulation::
11840 * Editing Stack Entries::
11841 * Trail Commands::
11842 * Keep Arguments::
11843 @end menu
11845 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11846 @section Stack Manipulation Commands
11848 @noindent
11849 @kindex @key{RET}
11850 @kindex @key{SPC}
11851 @pindex calc-enter
11852 @cindex Duplicating stack entries
11853 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11854 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11855 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11856 several elements at the top of the stack.
11857 Given a negative argument,
11858 these commands duplicate the specified element of the stack.
11859 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11860 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11861 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11862 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11863 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11864 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.@refill
11866 @kindex @key{LFD}
11867 @pindex calc-over
11868 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11869 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11870 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11871 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11872 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11873 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11874 @samp{10 20 30 20}.@refill
11876 @kindex @key{DEL}
11877 @kindex C-d
11878 @pindex calc-pop
11879 @cindex Removing stack entries
11880 @cindex Deleting stack entries
11881 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11882 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11883 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11884 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11885 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11886 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11887 stack is emptied.
11888 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11889 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11890 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11891 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11892 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.@refill
11894 @kindex M-@key{DEL}
11895 @pindex calc-pop-above
11896 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11897 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11898 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11899 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11900 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11901 the third stack element.
11903 @kindex @key{TAB}
11904 @pindex calc-roll-down
11905 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11906 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11907 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11908 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11909 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11910 top-for-bottom.
11911 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11912 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11913 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11914 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11915 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11917 @kindex M-@key{TAB}
11918 @pindex calc-roll-up
11919 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11920 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11921 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11922 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11923 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11924 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11925 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11926 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11928 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11929 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11930 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11931 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11932 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11933 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11934 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11936 With a negative argument @i{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11937 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11938 stack, and the object in level @i{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11939 rotates the deepest stack element to be in level @i{n}, also
11940 putting the top stack element in level @i{@var{n}+1}.
11942 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11943 any portion of a vector or formula on the stack.
11945 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11946 @section Editing Stack Entries
11948 @noindent
11949 @kindex `
11950 @pindex calc-edit
11951 @pindex calc-edit-finish
11952 @cindex Editing the stack with Emacs
11953 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11954 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11955 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11956 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11957 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11959 When you are done editing, press @kbd{M-# M-#} to finish and return
11960 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11961 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11962 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11963 might want to insert new lines into the editing buffer.  The traditional
11964 Emacs ``finish'' key sequence, @kbd{C-c C-c}, also works to finish
11965 editing and may be easier to type, depending on your keyboard.
11967 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11968 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11969 original stack elements in the original buffer with these new values,
11970 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11971 continues to exist during editing, but for best results you should be
11972 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11973 also cancel the edit by pressing @kbd{M-# x}.
11975 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11976 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11977 @kbd{M-# M-#} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11978 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11980 If you give a prefix argument to @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c}),
11981 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11982 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11983 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11984 @kbd{M-# M-#} operation will be programmed to replace the top of the
11985 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11986 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11987 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11988 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11990 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11991 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11992 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11993 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11994 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11996 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11997 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11998 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
12000 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
12001 @section Trail Commands
12003 @noindent
12004 @cindex Trail buffer
12005 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
12006 beginning with the @kbd{t} prefix.
12008 @kindex t d
12009 @pindex calc-trail-display
12010 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
12011 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
12012 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
12013 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
12014 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
12015 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
12016 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
12017 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
12018 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
12020 @kindex t i
12021 @pindex calc-trail-in
12022 @kindex t o
12023 @pindex calc-trail-out
12024 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
12025 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
12026 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
12027 shown below are a more convenient way to move around in the
12028 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
12029 in the Calculator window.@refill
12031 @cindex Trail pointer
12032 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
12033 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
12034 before the selected number.  The following commands operate on the
12035 trail pointer in various ways.
12037 @kindex t y
12038 @pindex calc-trail-yank
12039 @cindex Retrieving previous results
12040 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12041 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12042 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12043 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12044 trail pointer.
12046 @kindex t <
12047 @pindex calc-trail-scroll-left
12048 @kindex t >
12049 @pindex calc-trail-scroll-right
12050 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12051 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12052 window left or right by one half of its width.@refill
12054 @kindex t n
12055 @pindex calc-trail-next
12056 @kindex t p
12057 @pindex calc-trail-previous
12058 @kindex t f
12059 @pindex calc-trail-forward
12060 @kindex t b
12061 @pindex calc-trail-backward
12062 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12063 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12064 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12065 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12066 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12067 arguments to move several lines or screenfuls at a time.@refill
12069 @kindex t [
12070 @pindex calc-trail-first
12071 @kindex t ]
12072 @pindex calc-trail-last
12073 @kindex t h
12074 @pindex calc-trail-here
12075 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12076 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12077 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12078 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12079 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.@refill
12081 @kindex t s
12082 @pindex calc-trail-isearch-forward
12083 @kindex t r
12084 @pindex calc-trail-isearch-backward
12085 @ifinfo
12086 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12087 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12088 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12089 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12090 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12091 it was when the search began.@refill
12092 @end ifinfo
12093 @tex
12094 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12095 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12096 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12097 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12098 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12099 it was when the search began.
12100 @end tex
12102 @kindex t m
12103 @pindex calc-trail-marker
12104 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12105 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12106 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12107 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12108 targets for later incremental searches in the trail.
12110 @kindex t k
12111 @pindex calc-trail-kill
12112 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12113 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12114 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12115 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12116 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12118 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12119 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12121 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12122 @section Keep Arguments
12124 @noindent
12125 @kindex K
12126 @pindex calc-keep-args
12127 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12128 the following command.  It prevents that command from removing its
12129 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12130 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12131 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12133 This works for all commands that take arguments off the stack.  As
12134 another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12135 simplified version of the formula onto the stack after the original
12136 formula (rather than replacing the original formula).
12138 Note that you could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s},
12139 copying the formula and then simplifying the copy.  One difference
12140 is that for a very large formula the time taken to format the
12141 intermediate copy in @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s}
12142 would avoid this extra work.
12144 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12145 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12146 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12148 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12149 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12150 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12151 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12152 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12153 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12155 Keyboard macros may interact surprisingly with the @kbd{K} prefix.
12156 If you have defined a keyboard macro to be, say, @samp{Q +} to add
12157 one number to the square root of another, then typing @kbd{K X} will
12158 execute @kbd{K Q +}, probably not what you expected.  The @kbd{K}
12159 prefix will apply to just the first command in the macro rather than
12160 the whole macro.
12162 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12163 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12164 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12165 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12166 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12167 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12169 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12170 @chapter Mode Settings
12172 @noindent
12173 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12174 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12175 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12177 @menu
12178 * General Mode Commands::
12179 * Precision::
12180 * Inverse and Hyperbolic::
12181 * Calculation Modes::
12182 * Simplification Modes::
12183 * Declarations::
12184 * Display Modes::
12185 * Language Modes::
12186 * Modes Variable::
12187 * Calc Mode Line::
12188 @end menu
12190 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12191 @section General Mode Commands
12193 @noindent
12194 @kindex m m
12195 @pindex calc-save-modes
12196 @cindex Continuous memory
12197 @cindex Saving mode settings
12198 @cindex Permanent mode settings
12199 @cindex @file{.emacs} file, mode settings
12200 You can save all of the current mode settings in your @file{.emacs} file
12201 with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  This will cause
12202 Emacs to reestablish these modes each time it starts up.  The modes saved
12203 in the file include everything controlled by the @kbd{m} and @kbd{d}
12204 prefix keys, the current precision and binary word size, whether or not
12205 the trail is displayed, the current height of the Calc window, and more.
12206 The current interface (used when you type @kbd{M-# M-#}) is also saved.
12207 If there were already saved mode settings in the file, they are replaced.
12208 Otherwise, the new mode information is appended to the end of the file.
12210 @kindex m R
12211 @pindex calc-mode-record-mode
12212 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12213 record the new mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12214 time a mode setting changes.  If Embedded Mode is enabled, other
12215 options are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.
12217 @kindex m F
12218 @pindex calc-settings-file-name
12219 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12220 choose a different place than your @file{.emacs} file for @kbd{m m},
12221 @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12222 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12223 their default values, then settings from the file you named are loaded
12224 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12225 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12226 file name is @file{~/.emacs}.  You can see the current file name by
12227 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12228 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Installation}.
12230 If the file name you give contains the string @samp{.emacs} anywhere
12231 inside it, @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12232 is because you are presumably switching to your @file{~/.emacs} file,
12233 which may contain other things you don't want to reread.  You can give
12234 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12235 file no matter what its name.  Conversely, an argument of @i{-1} tells
12236 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @i{-2}
12237 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12238 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12239 modes present in the file you were using before.
12241 @kindex m x
12242 @pindex calc-always-load-extensions
12243 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12244 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12245 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12246 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12247 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12248 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12249 once, rather than always in the future, you can press @kbd{M-# L}.
12251 @kindex m S
12252 @pindex calc-shift-prefix
12253 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12254 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12255 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12256 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12257 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12258 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12259 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12260 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12261 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12262 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12263 shifted-prefix mode.
12265 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12266 @section Precision
12268 @noindent
12269 @kindex p
12270 @pindex calc-precision
12271 @cindex Precision of calculations
12272 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12273 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12274 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12275 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12276 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12278 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12279 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12281 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12282 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12283 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12284 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12285 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12286 round values already on the stack, but those values will be rounded
12287 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12288 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12289 existing value to a new precision.@refill
12291 @cindex Accuracy of calculations
12292 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12293 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12294 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12295 The precision is the total number of digits not counting leading
12296 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12297 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12298 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12299 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12300 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12301 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12302 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12303 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12305 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12306 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12307 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12308 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12309 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12310 of the numbers involved.
12312 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12313 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12314 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12315 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12316 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12317 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12319 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12320 issues.
12322 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12323 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12325 @noindent
12326 @kindex I
12327 @pindex calc-inverse
12328 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12329 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12330 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12331 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12332 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.@refill
12334 @kindex H
12335 @pindex calc-hyperbolic
12336 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12337 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12338 If both of these flags are set at once, the effect will be
12339 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12340 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12341 instead of base-@i{e}, logarithm.)@refill
12343 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12344 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12345 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12346 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12348 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12349 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12350 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12351 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12352 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12353 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12354 subtract and keep arguments).
12356 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12357 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12359 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12360 @section Calculation Modes
12362 @noindent
12363 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12364 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12365 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12366 (@pxref{Algebraic Entry}).
12368 @menu
12369 * Angular Modes::
12370 * Polar Mode::
12371 * Fraction Mode::
12372 * Infinite Mode::
12373 * Symbolic Mode::
12374 * Matrix Mode::
12375 * Automatic Recomputation::
12376 * Working Message::
12377 @end menu
12379 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12380 @subsection Angular Modes
12382 @noindent
12383 @cindex Angular mode
12384 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12385 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12386 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12387 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12388 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12389 degrees-minutes-seconds.
12391 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12392 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12393 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12394 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12395 normally be done in radians mode, though.  Complex numbers are converted
12396 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12397 multiplying by 180 over @c{$\pi$}
12398 @cite{pi}.)
12400 @kindex m r
12401 @pindex calc-radians-mode
12402 @kindex m d
12403 @pindex calc-degrees-mode
12404 @kindex m h
12405 @pindex calc-hms-mode
12406 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12407 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12408 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12409 The default angular mode is degrees.@refill
12411 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12412 @subsection Polar Mode
12414 @noindent
12415 @cindex Polar mode
12416 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12417 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12418 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12419 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12420 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12422 @kindex m p
12423 @pindex calc-polar-mode
12424 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12425 preference between rectangular and polar forms.  In polar mode, all
12426 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12428 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12429 @subsection Fraction Mode
12431 @noindent
12432 @cindex Fraction mode
12433 @cindex Division of integers
12434 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12435 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12436 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12437 to multiply fractions instead:  @kbd{6 @key{RET} 1:4 *} produces @cite{3:2}
12438 even though @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @cite{1.5}.
12440 @kindex m f
12441 @pindex calc-frac-mode
12442 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12443 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12444 For example, @cite{8/4} produces @cite{2} in either mode,
12445 but @cite{6/4} produces @cite{3:2} in Fraction Mode, @cite{1.5} in
12446 Float Mode.@refill
12448 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12449 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12450 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12452 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12453 @subsection Infinite Mode
12455 @noindent
12456 @cindex Infinite mode
12457 The Calculator normally treats results like @cite{1 / 0} as errors;
12458 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12459 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12460 results.
12462 @kindex m i
12463 @pindex calc-infinite-mode
12464 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12465 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12466 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12467 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12468 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12469 will not be generated when infinite mode is off.)
12471 With infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12472 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12473 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @cite{0 / 0}
12474 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12475 functions can also return infinities in this mode; for example,
12476 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12477 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of infinite mode because
12478 this calculation has infinity as an input.
12480 @cindex Positive infinite mode
12481 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12482 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a ``positive infinite mode'' in
12483 which zero is treated as positive instead of being directionless.  
12484 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12485 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12486 separate representations for @i{+0} and @i{-0}.  Positive
12487 infinite mode merely changes the interpretation given to the
12488 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12489 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12490 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12492 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12493 @subsection Symbolic Mode
12495 @noindent
12496 @cindex Symbolic mode
12497 @cindex Inexact results
12498 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12499 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12500 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12501 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12502 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12504 @kindex m s
12505 @pindex calc-symbolic-mode
12506 In @dfn{symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12507 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12508 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12509 @samp{sqrt(2)}.
12511 @kindex N
12512 @pindex calc-eval-num
12513 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12514 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12515 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12516 Given a numeric prefix argument, it also
12517 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12518 of the command.@refill
12520 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12521 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12522 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12523 variables.)
12525 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12526 @subsection Matrix and Scalar Modes
12528 @noindent
12529 @cindex Matrix mode
12530 @cindex Scalar mode
12531 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12532 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12533 Calc has two modes, @dfn{matrix mode} and @dfn{scalar mode}, which
12534 modify its behavior around vectors in useful ways.
12536 @kindex m v
12537 @pindex calc-matrix-mode
12538 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter matrix mode.
12539 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12540 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12541 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12542 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12543 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12544 mode is that calculations that would normally produce constants like
12545 0 and 1 (e.g., @cite{a - a} and @cite{a / a}, respectively) will now
12546 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12547 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12548 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12549 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12550 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12551 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12552 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12553 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12554 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12555 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12557 Press @kbd{m v} a second time to get scalar mode.  Here, objects are
12558 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12559 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12560 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12561 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12562 another 3-vector.  In scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12563 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12565 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12567 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12568 get a special ``dimensioned matrix mode'' in which matrices of
12569 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12570 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12571 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.
12573 @cindex Declaring scalar variables
12574 Of course these modes are approximations to the true state of
12575 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12576 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12577 certain variables or functions to be scalar-valued.
12578 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12580 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12581 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12582 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12583 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12584 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12585 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12586 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12588 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12589 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use matrix mode when operating on
12590 your formula normally; then, to apply scalar mode to a certain part
12591 of the formula without affecting the rest just select that part,
12592 change into scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12593 under this mode, then change back to matrix mode before deselecting.
12595 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12596 @subsection Automatic Recomputation
12598 @noindent
12599 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12600 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12601 whenever variable values or mode settings that might affect them
12602 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12604 @kindex m C
12605 @pindex calc-auto-recompute
12606 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12607 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12608 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12609 attached Embedded Mode buffer, if there is one).  They will not
12610 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12611 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12612 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12613 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12615 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12616 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{M-# u}}.
12617 @xref{Embedded Mode}.
12619 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12620 @subsection Working Messages
12622 @noindent
12623 @cindex Performance
12624 @cindex Working messages
12625 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12626 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12627 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12628 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12629 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12630 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12631 be disabled if you find them distracting.
12633 @kindex m w
12634 @pindex calc-working
12635 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12636 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12637 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12638 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12639 the current mode.@refill
12641 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12642 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12643 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12644 to turn the messages off.
12646 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12647 @section Simplification Modes
12649 @noindent
12650 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12651 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12652 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12653 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12654 form.  Others, such as simplifying a formula like @cite{a+a} (or @cite{2+3}),
12655 are done by default but can be turned off when necessary.
12657 When you press a key like @kbd{+} when @cite{2} and @cite{3} are on the
12658 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12659 @cite{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12660 rules for normalizing @cite{2+3} will produce the result @cite{5}.
12662 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12663 followed by a shifted letter.
12665 @kindex m O
12666 @pindex calc-no-simplify-mode
12667 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12668 simplifications.  These would leave a formula like @cite{2+3} alone.  In
12669 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12670 in this mode.
12672 @kindex m N
12673 @pindex calc-num-simplify-mode
12674 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12675 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12676 example, @cite{1+2} is simplified to @cite{3}, and @cite{a+(2-2)} is
12677 simplified to @cite{a+0} but no further, since one argument of the sum
12678 is not a constant.  Unfortunately, @cite{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12679 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12680 constant numbers (one of them is the formula @cite{a+2}).
12681 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12682 error form or modulo form), or a vector all of whose
12683 elements are constant.@refill
12685 @kindex m D
12686 @pindex calc-default-simplify-mode
12687 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12688 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12689 fast algebraic simplifications such as @cite{a+0} to @cite{a}, and
12690 @cite{a + 2 a} to @cite{3 a}, as well as evaluating functions like
12691 @cite{@t{deriv}(x^2, x)} to @cite{2 x}.
12693 @kindex m B
12694 @pindex calc-bin-simplify-mode
12695 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12696 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12697 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12698 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12699 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12700 results (after the default simplifications) are left alone.
12702 @kindex m A
12703 @pindex calc-alg-simplify-mode
12704 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12705 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12706 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12707 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12709 @kindex m E
12710 @pindex calc-ext-simplify-mode
12711 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12712 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12713 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12715 @kindex m U
12716 @pindex calc-units-simplify-mode
12717 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12718 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12719 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12720 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12721 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12722 are simplified with their unit definitions in mind.@refill
12724 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12725 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12726 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12727 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12728 Definitions}, for another sample use of no-simplification mode.@refill
12730 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12731 @section Declarations
12733 @noindent
12734 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12735 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12736 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12737 take the fully general situation into account.
12739 @menu
12740 * Declaration Basics::
12741 * Kinds of Declarations::
12742 * Functions for Declarations::
12743 @end menu
12745 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12746 @subsection Declaration Basics
12748 @noindent
12749 @kindex s d
12750 @pindex calc-declare-variable
12751 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12752 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12753 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12754 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12755 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12756 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12757 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12759 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12760 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12761 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12762 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12763 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12764 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12765 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12766 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12768 @cindex @code{Decls} variable
12769 @vindex Decls
12770 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12771 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12772 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12773 vector of variables declared by that row, and the declaration
12774 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12775 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12776 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12777 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12778 permanently if you wish.
12780 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12781 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12782 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12783 command declares only variables, so if you wish to make a function
12784 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12786 For example, the declaration matrix
12788 @smallexample
12789 @group
12790 [ [ foo,       real       ]
12791   [ [j, k, n], int        ]
12792   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12793 @end group
12794 @end smallexample
12796 @noindent
12797 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12798 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12799 returns a real number in the interval shown.
12801 @vindex All
12802 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12803 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12804 It does not apply to function names.  For example, using the row
12805 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12806 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12807 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12808 response to the variable-name prompt.
12810 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12811 @subsection Kinds of Declarations
12813 @noindent
12814 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12815 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12816 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12817 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12818 for the variable.
12820 @smallexample
12821 @group
12822 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12823   [ b, [1 .. 5]        ]
12824   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12825 @end group
12826 @end smallexample
12828 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12829 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12830 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12831 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12832 nearly equivalent (see below).
12834 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12835 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12836 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12837 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12839 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12840 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12841 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12842 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12843 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12844 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12846 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12847 stored in a variable:
12849 @table @code
12850 @item int
12851 Integers.
12852 @item numint
12853 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12854 @item frac
12855 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12856 @item rat
12857 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12858 @item float
12859 Floating-point numbers.
12860 @item real
12861 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12862 intervals and error forms with real components also count as
12863 reals here.)
12864 @item pos
12865 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12866 @item nonneg
12867 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12868 @item number
12869 Numbers.  (Real or complex.)
12870 @end table
12872 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12873 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12874 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12875 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @i{-3}.
12876 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12877 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12878 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12879 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12880 of the formula.
12882 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12883 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12884 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12885 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12886 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12887 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12889 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12890 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12891 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12892 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12893 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12895 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12896 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12897 Calc leaves this formula alone.  After the command
12898 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12899 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12900 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12902 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12903 they comprise the set of possible values that the variable or
12904 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12905 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12906 (note that infinity is included in the range of possible values);
12907 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12908 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12909 redundant because the fact that the variable is real can be
12910 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12911 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12913 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12914 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12916 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12917 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12918 In other words, the range of possible values means only that
12919 the variable's value must be numerically equal to a number in
12920 that range, but not that it must be equal in type as well.
12921 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12922 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12924 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12925 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12926 where the interval does not lie in the range described by the
12927 type symbol.
12929 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12930 like the one described above.  Another case where they are used
12931 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12932 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12933 roots (if any) will be included in the list.
12935 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12936 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12937 shown above).
12939 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12940 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12941 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12942 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12943 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12944 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12945 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12946 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12947 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12948 not known to be nonzero.
12950 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12952 @table @code
12953 @item scalar
12954 The value is not a vector.
12955 @item vector
12956 The value is a vector.
12957 @item matrix
12958 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12959 @end table
12961 These type symbols can be combined with the other type symbols
12962 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12963 is a matrix of integers.
12965 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12966 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12967 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12968 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12969 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12970 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12971 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12972 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12973 declarations.)
12975 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of ``matrix mode'' and
12976 ``scalar mode,'' which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12977 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12979 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12980 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12982 @table @code
12983 @item const
12984 The value is a constant with respect to other variables.
12985 @end table
12987 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12988 a value in it.  However, storing @i{-3.5} in a variable that has
12989 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12990 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @cite{3.5}
12991 if it substitutes the value first, or to @cite{-3.5} if @code{x}
12992 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12993 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12994 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12995 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12996 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12998 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
12999 @subsection Functions for Declarations
13001 @noindent
13002 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
13003 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
13004 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
13005 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
13006 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
13007 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
13008 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
13009 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
13010 that perform other tests not related to declarations.
13012 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
13013 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
13014 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
13015 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
13016 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
13018 @ignore
13019 @starindex
13020 @end ignore
13021 @tindex dint
13022 @ignore
13023 @starindex
13024 @end ignore
13025 @tindex dnumint
13026 @ignore
13027 @starindex
13028 @end ignore
13029 @tindex dnatnum
13030 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
13031 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
13032 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
13033 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
13034 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
13035 data type functions also accept vectors or matrices composed of
13036 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
13037 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13039 @ignore
13040 @starindex
13041 @end ignore
13042 @tindex drat
13043 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13044 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13045 and error forms do not.
13047 @ignore
13048 @starindex
13049 @end ignore
13050 @tindex dreal
13051 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13052 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13054 @ignore
13055 @starindex
13056 @end ignore
13057 @tindex dimag
13058 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13059 i.e., is mathematically equal to a real number times @cite{i}.
13061 @ignore
13062 @starindex
13063 @end ignore
13064 @tindex dpos
13065 @ignore
13066 @starindex
13067 @end ignore
13068 @tindex dneg
13069 @ignore
13070 @starindex
13071 @end ignore
13072 @tindex dnonneg
13073 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13074 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13075 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13076 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13077 expression like @cite{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13078 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13079 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13080 are rarely necessary.
13082 @ignore
13083 @starindex
13084 @end ignore
13085 @tindex dnonzero
13086 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13087 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13088 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13089 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13090 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13091 represent values which could be anything including zero.  (This is
13092 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13094 @ignore
13095 @starindex
13096 @end ignore
13097 @tindex deven
13098 @ignore
13099 @starindex
13100 @end ignore
13101 @tindex dodd
13102 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13103 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13104 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13105 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13106 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13108 @ignore
13109 @starindex
13110 @end ignore
13111 @tindex drange
13112 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13113 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13114 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13115 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13116 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13117 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13118 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13119 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13120 remains unevaluated.
13122 @ignore
13123 @starindex
13124 @end ignore
13125 @tindex dscalar
13126 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13127 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13128 unevaluated if this cannot be determined.  (If matrix mode or scalar
13129 mode are in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13130 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13131 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13132 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13133 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13134 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13135 information to tell.
13137 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13138 @section Display Modes
13140 @noindent
13141 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13142 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13143 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13144 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13145 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13146 @pxref{Vector and Matrix Formats}.@refill
13148 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13149 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13150 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13151 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13152 reflect the latest mode settings.
13154 @kindex d @key{RET}
13155 @pindex calc-refresh-top
13156 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13157 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13158 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13159 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13160 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13161 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13162 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13164 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13165 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13166 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13167 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13169 @menu
13170 * Radix Modes::
13171 * Grouping Digits::
13172 * Float Formats::
13173 * Complex Formats::
13174 * Fraction Formats::
13175 * HMS Formats::
13176 * Date Formats::
13177 * Truncating the Stack::
13178 * Justification::
13179 * Labels::
13180 @end menu
13182 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13183 @subsection Radix Modes
13185 @noindent
13186 @cindex Radix display
13187 @cindex Non-decimal numbers
13188 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13189 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13190 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13191 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13192 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13193 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13195 @kindex d 2
13196 @kindex d 8
13197 @kindex d 6
13198 @kindex d 0
13199 @cindex Hexadecimal integers
13200 @cindex Octal integers
13201 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13202 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13203 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13204 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13205 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13206 as decimal.@refill
13208 @kindex d r
13209 @pindex calc-radix
13210 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13211 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13212 argument; otherwise you will be prompted for it.
13214 @kindex d z
13215 @pindex calc-leading-zeros
13216 @cindex Leading zeros
13217 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13218 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13219 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13220 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13221 word size.)  If the absolute value of the word size is @cite{w}, all integers
13222 are displayed with at least enough digits to represent @c{$2^w-1$}
13223 @cite{(2^w)-1} in the
13224 current radix.  (Larger integers will still be displayed in their entirety.)
13226 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13227 @subsection Grouping Digits
13229 @noindent
13230 @kindex d g
13231 @pindex calc-group-digits
13232 @cindex Grouping digits
13233 @cindex Digit grouping
13234 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13235 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13236 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{grouping} mode, in which digits
13237 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13238 separated by commas.
13240 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13241 With a numerix prefix of 0, this command displays the current state of
13242 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13243 with a positive argument @cite{N} it enables grouping on every @cite{N}
13244 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13245 before the decimal point.  A negative prefix argument @cite{-N} enables
13246 grouping every @cite{N} digits both before and after the decimal point.@refill
13248 @kindex d ,
13249 @pindex calc-group-char
13250 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13251 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13252 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13253 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13254 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13255 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13256 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13258 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13259 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{M-# y} and @kbd{M-# g}.
13260 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13261 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13262 is ignored by @TeX{} language mode.
13264 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13265 @subsection Float Formats
13267 @noindent
13268 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13269 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13270 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13271 in this section allow you to choose among several alternative display
13272 formats for floats.
13274 @kindex d n
13275 @pindex calc-normal-notation
13276 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13277 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13278 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13279 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13280 the specified number of significant digits less than the current
13281 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13282 current precision is 12.)
13284 @kindex d f
13285 @pindex calc-fix-notation
13286 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13287 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13288 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13289 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13290 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13291 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13292 to zero rather than switching to scientific notation.
13294 @kindex d s
13295 @pindex calc-sci-notation
13296 @cindex Scientific notation, display of
13297 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13298 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13299 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13300 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13301 The default is to display all significant digits.
13303 @kindex d e
13304 @pindex calc-eng-notation
13305 @cindex Engineering notation, display of
13306 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13307 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13308 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13309 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13310 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13312 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13313 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13314 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13315 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13316 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13317 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13318 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13319 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{M-# y} which operate on the
13320 actual displayed text in the Calculator buffer.
13322 @kindex d .
13323 @pindex calc-point-char
13324 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13325 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13326 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13327 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13328 numbers, and commas to separate elements in a list.
13330 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13331 @subsection Complex Formats
13333 @noindent
13334 @kindex d c
13335 @pindex calc-complex-notation
13336 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13337 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13338 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13339 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.@refill
13341 @kindex d i
13342 @pindex calc-i-notation
13343 @kindex d j
13344 @pindex calc-j-notation
13345 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13346 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13347 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13348 in some disciplines.@refill
13350 @cindex @code{i} variable
13351 @vindex i
13352 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13353 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13354 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13355 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13356 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13357 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13358 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13359 @xref{Variables}, under ``special constants.''@refill
13361 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13362 @subsection Fraction Formats
13364 @noindent
13365 @kindex d o
13366 @pindex calc-over-notation
13367 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13368 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13369 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13370 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13371 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13372 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13373 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13374 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13376 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13377 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13378 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13379 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13380 and @kbd{8:3} are equivalent).
13382 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13383 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13384 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13385 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13386 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13387 the fraction @cite{1:6} will be unaffected, but @cite{2:3} will be
13388 displayed as @cite{4:6}, @cite{1:2} will be displayed as @cite{3:6},
13389 and @cite{1:8} will be displayed as @cite{3:24}.  Integers are also
13390 affected by this mode:  3 is displayed as @cite{18:6}.  Note that the
13391 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13392 integers as @cite{n:1}.
13394 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13395 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13396 never affects floats.
13398 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13399 @subsection HMS Formats
13401 @noindent
13402 @kindex d h
13403 @pindex calc-hms-notation
13404 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13405 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13406 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13407 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13408 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13409 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13410 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13412 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13413 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13414 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13415 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13416 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13417 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13418 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13419 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13420 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13421 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13422 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13423 entry.
13425 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13426 @subsection Date Formats
13428 @noindent
13429 @kindex d d
13430 @pindex calc-date-notation
13431 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13432 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13433 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13434 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13435 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13436 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13437 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13438 pure dates.
13440 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13441 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13442 If you enter a blank format string, this default format is
13443 reestablished.
13445 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13446 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13447 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13449 @menu
13450 * Date Formatting Codes::
13451 * Free-Form Dates::
13452 * Standard Date Formats::
13453 @end menu
13455 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13456 @subsubsection Date Formatting Codes
13458 @noindent
13459 When displaying a date, the current date format is used.  All
13460 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13461 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13462 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13463 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13464 below.
13466 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13467 match the input string to the current format either with or without
13468 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13469 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13470 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13471 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13472 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13473 flexible algorithm which is described in the next section.
13475 Weekday names are ignored during reading.
13477 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13478 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13479 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13480 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13481 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13483 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13485 @table @asis
13486 @item Y
13487 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13488 @item YY
13489 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13490 @item BY
13491 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13492 @item YYY
13493 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13494 @item YYYY
13495 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13496 @item aa
13497 Year:  ``ad'' or blank.
13498 @item AA
13499 Year:  ``AD'' or blank.
13500 @item aaa
13501 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13502 @item AAA
13503 Year:  ``AD '' or blank.
13504 @item aaaa
13505 Year:  ``a.d.'' or blank.
13506 @item AAAA
13507 Year:  ``A.D.'' or blank.
13508 @item bb
13509 Year:  ``bc'' or blank.
13510 @item BB
13511 Year:  ``BC'' or blank.
13512 @item bbb
13513 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13514 @item BBB
13515 Year:  `` BC'' or blank.
13516 @item bbbb
13517 Year:  ``b.c.'' or blank.
13518 @item BBBB
13519 Year:  ``B.C.'' or blank.
13520 @item M
13521 Month:  ``8'' for August.
13522 @item MM
13523 Month:  ``08'' for August.
13524 @item BM
13525 Month:  `` 8'' for August.
13526 @item MMM
13527 Month:  ``AUG'' for August.
13528 @item Mmm
13529 Month:  ``Aug'' for August.
13530 @item mmm
13531 Month:  ``aug'' for August.
13532 @item MMMM
13533 Month:  ``AUGUST'' for August.
13534 @item Mmmm
13535 Month:  ``August'' for August.
13536 @item D
13537 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13538 @item DD
13539 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13540 @item BD
13541 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13542 @item W
13543 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13544 @item WWW
13545 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13546 @item Www
13547 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13548 @item www
13549 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13550 @item WWWW
13551 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13552 @item Wwww
13553 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13554 @item d
13555 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13556 @item ddd
13557 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13558 @item bdd
13559 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13560 @item h
13561 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13562 @item hh
13563 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13564 @item bh
13565 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13566 @item H
13567 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13568 @item HH
13569 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13570 @item BH
13571 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13572 @item p
13573 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13574 @item P
13575 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13576 @item pp
13577 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13578 @item PP
13579 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13580 @item pppp
13581 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13582 @item PPPP
13583 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13584 @item m
13585 Minutes:  ``7'' for 7.
13586 @item mm
13587 Minutes:  ``07'' for 7.
13588 @item bm
13589 Minutes:  `` 7'' for 7.
13590 @item s
13591 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13592 @item ss
13593 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13594 @item bs
13595 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13596 @item SS
13597 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13598 @item BS
13599 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13600 @item N
13601 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13602 @item n
13603 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13604 @item J
13605 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13606 @item j
13607 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13608 @item U
13609 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13610 @item X
13611 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13612 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13613 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13614 required for algebraic entry.
13615 @end table
13617 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13618 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13620 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13621 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13622 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13623 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13624 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13626 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13627 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13628 reading unless several of these codes are strung together with no
13629 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13630 many digits as there are letters in the format.
13632 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13633 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13634 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13636 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13637 @subsubsection Free-Form Dates
13639 @noindent
13640 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13641 on the algorithm described here if the input does not exactly
13642 match the current date format.  This algorithm generally
13643 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13644 but it is described here in full detail for the curious.
13646 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13647 while interpreting dates.
13649 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13650 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13651 the date.
13653 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13654 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13655 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13656 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13657 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13658 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13659 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13660 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13661 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13662 recognized with no number attached.
13664 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13665 format.
13667 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13668 from the string; other characters are ignored.  All words must
13669 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13670 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13671 abbreviations.
13673 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13674 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13675 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13676 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13677 assumes the month, day and year are in the same order that they
13678 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13679 current year is taken from the system clock.
13681 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13682 words, then the input is rejected.
13684 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13685 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13686 like Julian dates that were included along with the traditional
13687 date components when the date was formatted.
13689 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13690 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13691 minus sign on the year value.
13693 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13694 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13696 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13697 @subsubsection Standard Date Formats
13699 @noindent
13700 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13701 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13702 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13703 to select the other formats.
13705 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13706 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13707 enter will be recorded as the new standard format of that
13708 number, as well as becoming the new current date format.
13709 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13710 command (@pxref{Mode Settings}).
13712 @table @asis
13713 @item 0
13714 @samp{N}  (Numerical format)
13715 @item 1
13716 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13717 @item 2
13718 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13719 @item 3
13720 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13721 @item 4
13722 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13723 @item 5
13724 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13725 @item 6
13726 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13727 @item 7
13728 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13729 @item 8
13730 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13731 @item 9
13732 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13733 @end table
13735 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13736 @subsection Truncating the Stack
13738 @noindent
13739 @kindex d t
13740 @pindex calc-truncate-stack
13741 @cindex Truncating the stack
13742 @cindex Narrowing the stack
13743 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13744 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13745 The number right above that line is considered to the be at the top of
13746 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13747 operations.  This is similar to the Emacs ``narrowing'' feature, except
13748 that the values below the @samp{.} are @emph{visible}, just temporarily
13749 frozen.  This feature allows you to keep several independent calculations
13750 running at once in different parts of the stack, or to apply a certain
13751 command to an element buried deep in the stack.@refill
13753 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13754 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13755 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13756 With a positive numeric prefix argument @cite{n}, @kbd{d t} hides the
13757 bottom @cite{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13758 all but the top @cite{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13759 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.@refill
13761 @kindex d [
13762 @pindex calc-truncate-up
13763 @kindex d ]
13764 @pindex calc-truncate-down
13765 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13766 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13767 line at a time (or several lines with a prefix argument).@refill
13769 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13770 @subsection Justification
13772 @noindent
13773 @kindex d <
13774 @pindex calc-left-justify
13775 @kindex d =
13776 @pindex calc-center-justify
13777 @kindex d >
13778 @pindex calc-right-justify
13779 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13780 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13781 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13782 (@code{calc-center-justify}).  For example, in right-justification mode,
13783 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13784 window.@refill
13786 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13787 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13788 text.
13790 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13791 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13792 together, the decimal points on numbers will always line up.
13794 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13795 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13796 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13797 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13798 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13799 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13800 origin and line width is slightly different in each justification
13801 mode.
13803 In left-justified mode, the line is indented by a number of spaces
13804 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13805 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13806 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13807 line is indented to the origin.
13809 In right-justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13810 character is just before the origin, or just before the current
13811 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13812 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13813 specified, or else the origin is used as a width if that is
13814 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13816 In centering mode, the origin is the column number of the center of
13817 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13818 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13819 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13820 line width or Calc window width is used.
13822 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13823 is indented an additional four spaces to make room for the line
13824 number.  The width of the line number is taken into account when
13825 positioning according to the current Calc window width, but not
13826 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13827 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13828 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13830 @node Labels, , Justification, Display Modes
13831 @subsection Labels
13833 @noindent
13834 @kindex d @{
13835 @pindex calc-left-label
13836 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13837 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13838 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13839 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13840 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13841 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13842 affect the horizontal position of the stack entry.
13844 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13846 @kindex d @}
13847 @pindex calc-right-label
13848 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13849 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13850 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13851 a line width and an origin are given in right-justified mode, the
13852 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13853 justified to the line width.
13855 One application of labels would be to add equation numbers to
13856 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13857 document (possibly using Embedded Mode).  The equations would
13858 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13859 left or right as you prefer.
13861 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13862 @section Language Modes
13864 @noindent
13865 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13866 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13867 other common language such as Pascal or @TeX{}.  Objects displayed on the
13868 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13869 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13870 another buffer will be interpreted according to the current language.
13872 The current language has no effect on things written to or read from the
13873 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13874 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13875 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13877 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13878 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13879 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13880 to switch to C notation.  Now use @code{C-u M-# g} to grab the formula
13881 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13882 to the first variable, and @kbd{M-# y} to yank the formula for the derivative
13883 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13884 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13886 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13887 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13888 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13889 and would have written the formula back with notations (like implicit
13890 multiplication) which would not have been legal for a C program.
13892 As another example, suppose you are maintaining a C program and a @TeX{}
13893 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13894 formula from the program in C mode, switch to @TeX{} mode, and yank the
13895 formula into the document in @TeX{} math-mode format.
13897 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13898 shifted letter key.
13900 @menu
13901 * Normal Language Modes::
13902 * C FORTRAN Pascal::
13903 * TeX Language Mode::
13904 * Eqn Language Mode::
13905 * Mathematica Language Mode::
13906 * Maple Language Mode::
13907 * Compositions::
13908 * Syntax Tables::
13909 @end menu
13911 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13912 @subsection Normal Language Modes
13914 @noindent
13915 @kindex d N
13916 @pindex calc-normal-language
13917 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13918 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13919 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13920 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13921 keyboard.
13923 @kindex d O
13924 @pindex calc-flat-language
13925 @cindex Matrix display
13926 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13927 identical with the normal one, except that matrices are written in
13928 one-line form along with everything else.  In some applications this
13929 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13931 @kindex d b
13932 @pindex calc-line-breaking
13933 @cindex Line breaking
13934 @cindex Breaking up long lines
13935 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13936 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13937 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13938 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13939 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13940 command, that argument will specify the line width used when breaking
13941 long lines.
13943 @kindex d B
13944 @pindex calc-big-language
13945 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13946 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13947 such as powers, quotients, and square roots:
13949 @example
13950   ____________
13951  | a + 1    2
13952  | ----- + c
13953 \|   b
13954 @end example
13956 @noindent
13957 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13959 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in ``big''
13960 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13961 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13962 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13963 notation.
13965 One slight ambiguity of Big notation is that
13967 @example
13968   3
13969 - -
13970   4
13971 @end example
13973 @noindent
13974 can represent either the negative rational number @cite{-3:4}, or the
13975 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13976 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13977 @cite{-3:4} or @cite{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13978 typical use.
13980 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13981 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13982 though generally you will know which interpretation is correct.
13983 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13984 in Big mode.
13986 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13987 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13988 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13989 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13990 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13992 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13993 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13994 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13995 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13997 @kindex d U
13998 @pindex calc-unformatted-language
13999 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
14000 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
14001 shown above would be displayed:
14003 @example
14004 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
14005 @end example
14007 These four modes differ only in display format, not in the format
14008 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
14009 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14010 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14011 parentheses).
14013 @node C FORTRAN Pascal, TeX Language Mode, Normal Language Modes, Language Modes
14014 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14016 @noindent
14017 @kindex d C
14018 @pindex calc-c-language
14019 @cindex C language
14020 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14021 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14022 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14023 particular, C language operators and operator precedences are used in
14024 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14025 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14026 @samp{pow(a,b)}.
14028 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14029 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14030 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14031 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14032 mode is the same as @samp{a_i} in normal mode.  Assignments
14033 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14034 using the @samp{:=} symbol.
14036 The variables @code{var-pi} and @code{var-e} would be displayed @samp{pi}
14037 and @samp{e} in normal mode, but in C mode they are displayed as
14038 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14039 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14040 names are different in C are translated automatically for entry and
14041 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14042 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14043 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14045 @kindex d P
14046 @pindex calc-pascal-language
14047 @cindex Pascal language
14048 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14049 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14050 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14051 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14052 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14053 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14054 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14055 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14056 of handling these in Pascal.
14058 @kindex d F
14059 @pindex calc-fortran-language
14060 @cindex FORTRAN language
14061 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14062 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14063 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14064 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14065 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14066 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14067 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14068 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14069 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14070 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14071 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14072 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14073 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14074 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14075 function!).
14077 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14078 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14079 normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14081 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14082 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14083 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14084 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14085 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14086 convert to lower-case for display and input.
14088 @node TeX Language Mode, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14089 @subsection @TeX{} Language Mode
14091 @noindent
14092 @kindex d T
14093 @pindex calc-tex-language
14094 @cindex TeX language
14095 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14096 of ``math mode'' in the @TeX{} typesetting language, by Donald Knuth.
14097 Formulas are entered
14098 and displayed in @TeX{} notation, as in @samp{\sin\left( a \over b \right)}.
14099 Math formulas are usually enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{}; these
14100 should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc, the @samp{$} sign
14101 has the same meaning it always does in algebraic formulas (a reference to
14102 an existing entry on the stack).@refill
14104 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14105 quotients are written using @code{\over};
14106 binomial coefficients are written with @code{\choose}.
14107 Interval forms are written with @code{\ldots}, and
14108 error forms are written with @code{\pm}.
14109 Absolute values are written as in @samp{|x + 1|}, and the floor and
14110 ceiling functions are written with @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc.
14111 The words @code{\left} and @code{\right} are ignored when reading
14112 formulas in @TeX{} mode.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written
14113 as @code{\infty}; when read, @code{\infty} always translates to
14114 @code{inf}.@refill
14116 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14117 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{} has
14118 special names (like @code{\sin}) will use curly braces instead of
14119 parentheses for very simple arguments.  During input, curly braces and
14120 parentheses work equally well for grouping, but when the document is
14121 formatted the curly braces will be invisible.  Thus the printed result is
14122 @c{$\sin{2 x}$}
14123 @cite{sin 2x} but @c{$\sin(2 + x)$}
14124 @cite{sin(2 + x)}.
14126 Function and variable names not treated specially by @TeX{} are simply
14127 written out as-is, which will cause them to come out in italic letters
14128 in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} with a positive numeric
14129 prefix argument, names of more than one character will instead be written
14130 @samp{\hbox@{@var{name}@}}.  The @samp{\hbox@{ @}} notation is ignored
14131 during reading.  If you use a negative prefix argument, such function
14132 names are written @samp{\@var{name}}, and function names that begin
14133 with @code{\} during reading have the @code{\} removed.  (Note that
14134 in this mode, long variable names are still written with @code{\hbox}.
14135 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar}
14136 in any @TeX{} mode.)
14138 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14139 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14140 @code{\bmatrix}.  The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14141 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14142 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14143 format; you may need to edit this afterwards to change @code{\matrix}
14144 to @code{\pmatrix} or @code{\\} to @code{\cr}.
14146 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14147 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14148 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14149 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14150 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14151 in Calc, @TeX{}, and @dfn{eqn} (described in the next section):
14153 @iftex
14154 @begingroup
14155 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14156 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14157 @end iftex
14158 @ignore
14159 @starindex
14160 @end ignore
14161 @tindex acute
14162 @ignore
14163 @starindex
14164 @end ignore
14165 @tindex bar
14166 @ignore
14167 @starindex
14168 @end ignore
14169 @tindex breve
14170 @ignore
14171 @starindex
14172 @end ignore
14173 @tindex check
14174 @ignore
14175 @starindex
14176 @end ignore
14177 @tindex dot
14178 @ignore
14179 @starindex
14180 @end ignore
14181 @tindex dotdot
14182 @ignore
14183 @starindex
14184 @end ignore
14185 @tindex dyad
14186 @ignore
14187 @starindex
14188 @end ignore
14189 @tindex grave
14190 @ignore
14191 @starindex
14192 @end ignore
14193 @tindex hat
14194 @ignore
14195 @starindex
14196 @end ignore
14197 @tindex Prime
14198 @ignore
14199 @starindex
14200 @end ignore
14201 @tindex tilde
14202 @ignore
14203 @starindex
14204 @end ignore
14205 @tindex under
14206 @ignore
14207 @starindex
14208 @end ignore
14209 @tindex Vec
14210 @iftex
14211 @endgroup
14212 @end iftex
14213 @example
14214 Calc      TeX           eqn
14215 ----      ---           ---
14216 acute     \acute
14217 bar       \bar          bar
14218 breve     \breve        
14219 check     \check
14220 dot       \dot          dot
14221 dotdot    \ddot         dotdot
14222 dyad                    dyad
14223 grave     \grave
14224 hat       \hat          hat
14225 Prime                   prime
14226 tilde     \tilde        tilde
14227 under     \underline    under
14228 Vec       \vec          vec
14229 @end example
14231 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14232 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14233 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14234 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14235 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14236 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14237 You will typically want to include one of the following definitions
14238 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14240 @example
14241 \def\evalto@{@}
14242 \def\evalto#1\to@{@}
14243 @end example
14245 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14246 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14247 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14248 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14249 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14250 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14252 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14253 reading is:
14255 @example
14256 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14257 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14258 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14259 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14260 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14261 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14262 \evalto
14263 @end example
14265 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} formula
14266 into Calc and writing it back out may lose spacing and font information.
14268 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14269 the same as @samp{*}.
14271 @ifinfo
14272 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14273 end of this section.
14274 @end ifinfo
14275 @iftex
14276 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14278 @example
14279 @group
14280 sin(a^2 / b_i)
14281 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14282 @end group
14283 @end example
14284 @tex
14285 \let\rm\goodrm
14286 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14287 @end tex
14288 @sp 1
14290 @example
14291 @group
14292 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14293 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14294 @end group
14295 @end example
14296 @tex
14297 \turnoffactive
14298 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14299 @end tex
14300 @sp 1
14302 @example
14303 @group
14304 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14305 [|a|, \left| a \over b \right|,
14306  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14307 @end group
14308 @end example
14309 @tex
14310 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14311     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14312 @end tex
14313 @sp 1
14315 @example
14316 @group
14317 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14318 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14319  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14320 @end group
14321 @end example
14322 @tex
14323 \turnoffactive\let\rm\goodrm
14324 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14325 @end tex
14326 @sp 2
14328 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14329 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14330 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14332 @example
14333 @group
14334 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14335 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14336 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14337 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14338 @end group
14339 @end example
14340 @tex
14341 \let\rm\goodrm
14342 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14343 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14344 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14345 @end tex
14346 @sp 2
14348 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14350 @example
14351 @group
14352 2 + 3 => 5
14353 \evalto 2 + 3 \to 5
14354 @end group
14355 @end example
14356 @tex
14357 \turnoffactive
14358 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14359 $$ 5 $$
14360 @end tex
14361 @sp 2
14363 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14365 @example
14366 @group
14367 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14368 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14369 @end group
14370 @end example
14371 @tex
14372 \turnoffactive
14373 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14374 {\let\to\Rightarrow
14375 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14376 @end tex
14377 @sp 2
14379 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14381 @example
14382 @group
14383 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14384 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14385 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14386 @end group
14387 @end example
14388 @tex
14389 \turnoffactive
14390 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14391 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14392 @end tex
14393 @sp 2
14394 @end iftex
14396 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX Language Mode, Language Modes
14397 @subsection Eqn Language Mode
14399 @noindent
14400 @kindex d E
14401 @pindex calc-eqn-language
14402 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14403 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14404 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14405 command selects @dfn{eqn} notation.
14407 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14408 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14409 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14410 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14411 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14412 required only when the argument contains spaces.
14414 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14415 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14416 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14417 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14418 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14419 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14420 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14422 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14423 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14424 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14425 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14426 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14427 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14428 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14429 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14430 names, too.)
14432 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14433 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14434 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14435 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14436 the typeset output of @dfn{eqn}).
14438 As in @TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14439 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14440 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14441 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14443 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14444 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14445 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14446 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14447 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14448 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14449 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14451 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14452 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  @xref{TeX Language
14453 Mode}, for a table of these accent functions.  The @code{prime} accent
14454 is treated specially if it occurs on a variable or function name:
14455 @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is stored internally as
14456 @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the derivative of @samp{f(2 x)}
14457 with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2 x)}, which @dfn{eqn} mode
14458 will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14460 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14461 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14462 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX Language Mode}, for a discussion
14463 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14464 recognized for these operators during reading.
14466 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14467 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14468 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14469 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14470 if the matrix justification mode so specifies.
14472 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14473 @subsection Mathematica Language Mode
14475 @noindent
14476 @kindex d M
14477 @pindex calc-mathematica-language
14478 @cindex Mathematica language
14479 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14480 conventions of Mathematica, a powerful and popular mathematical tool
14481 from Wolfram Research, Inc.  Notable differences in Mathematica mode
14482 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14483 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14484 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14485 Mathematica mode.
14487 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14488 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14489 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14490 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14491 Mathematica mode.
14492 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14493 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14494 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.@refill
14496 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14497 @subsection Maple Language Mode
14499 @noindent
14500 @kindex d W
14501 @pindex calc-maple-language
14502 @cindex Maple language
14503 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14504 conventions of Maple, another mathematical tool from the University
14505 of Waterloo.  
14507 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14508 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14509 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14510 denote powers.
14512 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14513 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14514 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14515 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14516 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14517 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14519 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14520 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14521 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14522 see the difference between an open and a closed interval while in
14523 Maple display mode.
14525 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14526 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14527 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14528 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14530 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14531 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14532 inert (@samp{&}) operators.
14534 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14535 @subsection Compositions
14537 @noindent
14538 @cindex Compositions
14539 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14540 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14541 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14542 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14543 are recognized by Calc's display formatting routines.
14545 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14546 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14547 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14548 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14549 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14550 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14551 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14552 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14554 The composition functions do the same thing in all language modes
14555 (although their components will of course be formatted in the current
14556 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14557 which does not give the composition functions any special treatment.
14558 The functions are discussed here because of their relationship to
14559 the language modes.
14561 @menu
14562 * Composition Basics::
14563 * Horizontal Compositions::
14564 * Vertical Compositions::
14565 * Other Compositions::
14566 * Information about Compositions::
14567 * User-Defined Compositions::
14568 @end menu
14570 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14571 @subsubsection Composition Basics
14573 @noindent
14574 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14575 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14576 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14577 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14578 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14579 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14580 For example, in the Big mode formula
14582 @example
14583 @group
14584           2
14585      a + b
14586 17 + ------
14587        c
14588 @end group
14589 @end example
14591 @noindent
14592 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14593 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14594 is placed on the same level as the baseline of 17.
14596 @tex
14597 \bigskip
14598 @end tex
14600 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14601 an integer that represents the binding strength of various operators.
14602 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14603 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14604 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14606 The operator table used by normal and Big language modes has the
14607 following precedences:
14609 @example
14610 _     1200   @r{(subscripts)}
14611 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14612 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14613 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14614 mod    400
14615 +/-    300
14616 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14617 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14618 ^      200
14619 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14620 / % \  190
14621 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14622 |      170
14623 < =    160    @r{(and other relations)}
14624 &&     110
14625 ||     100
14626 ? :     90
14627 !!!     85
14628 &&&     80
14629 |||     75
14630 :=      50
14631 ::      45
14632 =>      40
14633 @end example
14635 The general rule is that if an operator with precedence @cite{n}
14636 occurs as an argument to an operator with precedence @cite{m}, then
14637 the argument is enclosed in parentheses if @cite{n < m}.  Top-level
14638 expressions and expressions which are function arguments, vector
14639 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14640 normally never get additional parentheses).
14642 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14643 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14644 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14645 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14646 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14647 with one-higher precedence.
14649 @ignore
14650 @starindex
14651 @end ignore
14652 @tindex cprec
14653 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14654 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14655 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14656 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14657 precedence than multiplication).
14659 @tex
14660 \bigskip
14661 @end tex
14663 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14664 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14665 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14666 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14667 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14668 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14669 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14670 view them.
14672 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14673 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14674 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14675 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14676 move down to the next line starting at the first break point that
14677 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14678 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14679 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14680 For example, a vector of sums might be formatted as:
14682 @example
14683 @group
14684 [ a + b + c, d + e + f,
14685   g + h + i, j + k + l, m ]
14686 @end group
14687 @end example
14689 @noindent
14690 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14691 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14692 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14693 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14694 itself been too large to fit.
14696 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14697 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14698 also generates breakable items:  A break point is added after every
14699 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14700 end of the string.
14702 Composition functions themselves count as levels in the formula
14703 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14704 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14705 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14706 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14707 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14708 will be on the same level as the break points of the surrounding
14709 object.
14711 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14712 @subsubsection Horizontal Compositions
14714 @noindent
14715 @ignore
14716 @starindex
14717 @end ignore
14718 @tindex choriz
14719 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14720 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14721 as @w{@samp{17a b / cd}} in normal language mode, or as
14723 @example
14724 @group
14725   a b
14726 17---d
14727    c
14728 @end group
14729 @end example
14731 @noindent
14732 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14733 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14734 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14735 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14736 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14737 the precedence from the surrounding environment.
14739 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14740 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14741 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14742 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14743 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14744 (unless any of its component compositions are breakable).
14746 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14747 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14748 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14749 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14750 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14752 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14753 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14755 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14756 @subsubsection Vertical Compositions
14758 @noindent
14759 @ignore
14760 @starindex
14761 @end ignore
14762 @tindex cvert
14763 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14764 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14765 the result is by default the top line of the resulting composition.
14766 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14767 formats in Big mode as
14769 @example
14770 @group
14771 f( a ,  2    )
14772   bb   a  + 1
14773   ccc     2
14774          b
14775 @end group
14776 @end example
14778 @ignore
14779 @starindex
14780 @end ignore
14781 @tindex cbase
14782 There are several special composition functions that work only as
14783 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14784 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14785 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14786 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14787 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14789 @example
14790 @group
14791         2
14792        a  + 1
14793    a      2
14794 f(bb ,   b   )
14795   ccc
14796 @end group
14797 @end example
14799 @ignore
14800 @starindex
14801 @end ignore
14802 @tindex ctbase
14803 @ignore
14804 @starindex
14805 @end ignore
14806 @tindex cbbase
14807 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14808 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14809 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14810 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14811 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14813 @example
14814 @group
14815         a
14816 a       -
14817 - + a + b
14818 b   -
14819     b
14820 @end group
14821 @end example
14823 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14824 function in a given vertical composition.  These functions can also
14825 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14826 which means the baseline is the top line of the following item, and
14827 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14828 item.
14830 @ignore
14831 @starindex
14832 @end ignore
14833 @tindex crule
14834 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14835 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14836 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14837 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14838 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14839 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14840 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14842 @example
14843 @group
14844 a + 1
14845 =====
14846   2
14848 @end group
14849 @end example
14851 @ignore
14852 @starindex
14853 @end ignore
14854 @tindex clvert
14855 @ignore
14856 @starindex
14857 @end ignore
14858 @tindex crvert
14859 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14860 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14861 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14862 gives:
14864 @example
14865 @group
14866 a   +   a
14867 bb     bb
14868 ccc   ccc
14869 @end group
14870 @end example
14872 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14873 which gives the precedence to use when formatting the components.
14874 Vertical compositions do not support separator strings.
14876 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14877 @subsubsection Other Compositions
14879 @noindent
14880 @ignore
14881 @starindex
14882 @end ignore
14883 @tindex csup
14884 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14885 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14886 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14887 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14888 bottom line is one above the baseline.
14890 @ignore
14891 @starindex
14892 @end ignore
14893 @tindex csub
14894 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14895 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14896 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14897 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14898 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14900 @ignore
14901 @starindex
14902 @end ignore
14903 @tindex cflat
14904 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14905 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14906 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14907 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14908 to improve its readability.
14910 @ignore
14911 @starindex
14912 @end ignore
14913 @tindex cspace
14914 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14915 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14916 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14917 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14918 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14919 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14920 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14922 @example
14923 @group
14924  2 2 2 2
14925 a a a a
14926 @end group
14927 @end example
14929 @noindent
14930 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14932 @ignore
14933 @starindex
14934 @end ignore
14935 @tindex cvspace
14936 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14937 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14938 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14939 argument of zero will produce an object which contributes zero
14940 height if used in a vertical composition.
14942 @ignore
14943 @starindex
14944 @end ignore
14945 @tindex ctspace
14946 @ignore
14947 @starindex
14948 @end ignore
14949 @tindex cbspace
14950 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14951 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14952 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14953 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14954 displays as:
14956 @example
14957 @group
14958         a
14959         -
14960 a       b
14961 -   a   a
14962 b + - + -
14963 a   b   b
14964 -   a
14965 b   -
14966     b
14967 @end group
14968 @end example
14970 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14971 @subsubsection Information about Compositions
14973 @noindent
14974 The functions in this section are actual functions; they compose their
14975 arguments according to the current language and other display modes,
14976 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14978 @ignore
14979 @starindex
14980 @end ignore
14981 @tindex cwidth
14982 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14983 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14984 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14985 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14986 the composition functions described in this section.
14988 @ignore
14989 @starindex
14990 @end ignore
14991 @tindex cheight
14992 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
14993 This is the total number of lines in the argument's printed form.
14995 @ignore
14996 @starindex
14997 @end ignore
14998 @tindex cascent
14999 @ignore
15000 @starindex
15001 @end ignore
15002 @tindex cdescent
15003 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15004 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15005 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15006 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15007 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15008 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15009 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15010 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15012 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
15013 @subsubsection User-Defined Compositions
15015 @noindent
15016 @kindex Z C
15017 @pindex calc-user-define-composition
15018 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15019 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15020 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15021 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15022 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15023 replaces the function call with that formula with the arguments
15024 replaced.
15026 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15027 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15028 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15029 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15030 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15031 affect the display at all.
15033 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15034 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15035 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15036 You can define different formats for each language mode, and for each
15037 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15038 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15039 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15040 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15041 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15042 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15044 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15045 formula, any defined formats for the function in the current language
15046 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15048 For example, the default format for the binomial coefficient function
15049 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15051 @example
15052 @group
15054 ( )
15056 @end group
15057 @end example
15059 @noindent
15060 You might prefer the notation,
15062 @example
15063 @group
15065 n m
15066 @end group
15067 @end example
15069 @noindent
15070 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15071 then put the formula
15073 @smallexample
15074 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15075 @end smallexample
15077 @noindent
15078 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15079 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15080 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15081 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15082 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15083 as an algebraic entry.
15085 @example
15086 @group
15087  C  +  C 
15088 a b   7 3
15089 @end group
15090 @end example
15092 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15093 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15094 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15095 instead of parentheses.
15097 @smallexample
15098 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15099 @end smallexample
15101 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15102 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15104 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15105 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15106 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15107 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15108 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15109 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15110 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15111 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15112 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15113 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15114 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15115 it can easily be confused with a real sum.)
15117 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15118 composition formula to cause all or part of the formula to be
15119 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15120 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15121 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15122 regardless of the current simplification mode.  There are also
15123 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15124 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15125 operate only in the context of composition formulas (and also in
15126 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15127 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15128 symbolic form.
15130 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15131 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15132 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15133 there are several situations where it could be slow.  For example,
15134 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15135 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15136 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15137 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15138 produce a large, unwieldy integer.
15140 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15141 command (@pxref{Creating User Keys}).
15143 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15144 @subsection Syntax Tables
15146 @noindent
15147 @cindex Syntax tables
15148 @cindex Parsing formulas, customized
15149 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15150 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15151 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15153 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15154 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15156 @kindex Z S
15157 @pindex calc-edit-user-syntax
15158 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15159 syntax table for the current language mode.  If you want your
15160 syntax to work in any language, define it in the normal language
15161 mode.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing the syntax table, or
15162 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15163 the syntax tables along with the other mode settings;
15164 @pxref{General Mode Commands}.
15166 @menu
15167 * Syntax Table Basics::
15168 * Precedence in Syntax Tables::
15169 * Advanced Syntax Patterns::
15170 * Conditional Syntax Rules::
15171 @end menu
15173 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15174 @subsubsection Syntax Table Basics
15176 @noindent
15177 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15178 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15179 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15180 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15181 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15182 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15183 the parser matches this string of tokens against various built-in
15184 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15185 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15186 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15188 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15189 which allow you to specify new patterns to define your own
15190 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15191 table for the current language mode, then the table for the normal
15192 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15193 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15194 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15195 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15196 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15197 completely different.)
15199 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15200 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15201 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15203 @example
15204 foo ( ) := 2+3
15205 @end example
15207 @noindent
15208 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15209 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15210 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15211 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15212 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15213 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15214 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15215 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15216 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15217 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15218 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15219 calls would no longer recognize it!
15221 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15222 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15223 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15225 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15226 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15227 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15228 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15229 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15230 and postfix operator, respectively:
15232 @example
15233 foo ( # ) := myfunc(#1)
15234 foo # := myprefix(#1)
15235 # foo # := myinfix(#1,#2)
15236 # foo := mypostfix(#1)
15237 @end example
15239 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15240 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15242 It is important to write the first two rules in the order shown,
15243 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15244 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15245 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15246 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15247 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15248 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15249 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15250 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15251 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15252 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15253 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15255 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15256 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15257 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15258 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15259 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15260 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15261 expressions with nothing between them will be parsed as one
15262 expression that uses implicit multiplication.
15264 As a more practical example, Maple uses the notation
15265 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15266 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15267 rule,
15269 @example
15270 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15271 @end example
15273 @noindent
15274 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15275 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15276 define these operators quite easily:
15278 @example
15279 # *= # := muleq(#1,#2)
15280 # ++ := postinc(#1)
15281 ++ # := preinc(#1)
15282 @end example
15284 @noindent
15285 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15286 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15287 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15288 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15290 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15291 interpretation in syntax patterns:
15293 @example
15294 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15295 @end example
15297 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15298 again it is generally better to use two tokens than one token with
15299 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15300 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15301 backslashes in tokens.)
15303 @example
15304 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15305 @end example
15307 @noindent
15308 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15310 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15311 it is not legal to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15312 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15313 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15314 the syntax table will prevent those characters from working in their
15315 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15316 respectively).
15318 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15319 the rest of the line to be ignored as a comment.
15321 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15322 @subsubsection Precedence
15324 @noindent
15325 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15326 By default, an operator defined by a rule like
15328 @example
15329 # foo # := foo(#1,#2)
15330 @end example
15332 @noindent
15333 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15334 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15335 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15336 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15337 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15338 @samp{*}, so if we change this rule to
15340 @example
15341 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15342 @end example
15344 @noindent
15345 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15346 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15347 precedence, our new operator will be left-associative:
15348 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15349 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15350 can create a right-associative operator.
15352 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15353 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15354 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15356 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15357 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15359 @noindent
15360 To match a function with a variable number of arguments, you could
15361 write
15363 @example
15364 foo ( # ) := myfunc(#1)
15365 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15366 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15367 @end example
15369 @noindent
15370 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15371 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15372 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15374 @example
15375 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15376 @end example
15378 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15379 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15380 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15381 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15382 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15383 separator token (with no space in between, as shown above).
15384 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15385 several expressions separated by commas.
15387 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15388 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15389 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15390 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15391 of arguments and builds a call to the function with those
15392 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15394 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15395 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15396 strung together into the resulting vector.  If the body
15397 does not contain anything but literal tokens, the result will
15398 always be an empty vector.
15400 @example
15401 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15402 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15403 @end example
15405 @noindent
15406 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15407 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15408 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15409 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15410 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15412 @example
15413 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15414 @end example
15416 @noindent
15417 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15418 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15420 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15421 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15422 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15424 @example
15425 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15426 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15427 @end example
15429 @noindent
15430 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15431 which will always be an empty vector, but in the second case no
15432 empty vector is produced.
15434 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15435 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15436 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15437 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15438 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15439 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15440 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15441 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15442 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15443 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15444 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15445 as optional.
15447 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15448 patterns will not work as you might expect:
15450 @example
15451 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15452 @end example
15454 @noindent
15455 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15456 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15457 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15458 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15459 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15460 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15461 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15463 @example
15464 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15465 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15466 @end example
15468 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15469 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15470 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15471 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15472 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15473 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15474 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15476 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15477 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15479 @noindent
15480 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15481 example, the rules
15483 @example
15484 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15485 foo ( # ) := gfoo(#1)
15486 @end example
15488 @noindent
15489 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15490 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15491 number of conditions may be attached; all must be true for the
15492 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15493 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15494 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15496 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15497 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15498 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15499 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15500 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15501 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15502 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15503 results of all conditions are true, the expression (such as
15504 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15505 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15506 goes on to try the next rule in the syntax table.
15508 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15509 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15510 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15511 condition is always true, but as a side effect it defines a
15512 variable which can be used in later conditions, and also in the
15513 expression after the @samp{:=} sign:
15515 @example
15516 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15517 @end example
15519 @noindent
15520 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15521 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15522 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15523 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15525 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15526 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15527 rules.
15529 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15530 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15531 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15532 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15533 conditions and in the result expression.  The arguments to
15534 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15536 @example
15537 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15538 @end example
15540 @noindent
15541 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15542 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15543 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15544 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15545 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15546 normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15547 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15548 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15550 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15551 @section The @code{Modes} Variable
15553 @noindent
15554 @kindex m g
15555 @pindex calc-get-modes
15556 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15557 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15558 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15559 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15560 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15561 on the current mode settings.
15563 @cindex @code{Modes} variable
15564 @vindex Modes
15565 The modes vector is also available in the special variable
15566 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15567 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15568 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15569 command will continue to work, however.)
15571 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15572 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15573 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15574 a numeric prefix to the next command.)
15576 The elements of the modes vector are as follows:
15578 @enumerate
15579 @item
15580 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15582 @item
15583 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15585 @item
15586 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15587 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15589 @item
15590 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15592 @item
15593 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15594 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15595 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15596 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15597 command, but note that this may lose information:  For example,
15598 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15599 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15600 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15601 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15602 will still be frozen at 12 significant figures.
15604 @item
15605 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15606 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15608 @item
15609 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15611 @item 
15612 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15614 @item
15615 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15616 Command is @kbd{m p}.
15618 @item
15619 Matrix/scalar mode.  Default value is @i{-1}.  Value is 0 for scalar
15620 mode, @i{-2} for matrix mode, or @var{N} for @c{$N\times N$}
15621 @var{N}x@var{N} matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15623 @item
15624 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @i{-1} for off (@kbd{m O}),
15625 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15626 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15628 @item
15629 Infinite mode.  Default is @i{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15630 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15631 @end enumerate
15633 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15634 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15635 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15636 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15637 keyboard macro.)
15639 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15640 oldest (bottommost) stack entry.
15642 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15643 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15644 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15645 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15646 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15647 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15649 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
15650 @section The Calc Mode Line
15652 @noindent
15653 @cindex Mode line indicators
15654 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15655 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15656 stack window (or under an editing window in Embedded Mode).
15658 The basic mode line format is:
15660 @example
15661 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15662 @end example
15664 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15665 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15666 as if it were text.
15668 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded Mode
15669 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15670 that are in effect.
15672 The first mode is always the current precision, an integer.
15673 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15674 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15676 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15677 on the mode line:
15679 @table @code
15680 @item Alg
15681 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15683 @item Alg[(
15684 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15686 @item Alg*
15687 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15689 @item Symb
15690 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15692 @item Matrix
15693 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15695 @item Matrix@var{n}
15696 Dimensioned matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}).
15698 @item Scalar
15699 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15701 @item Polar
15702 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15704 @item Frac
15705 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15707 @item Inf
15708 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15710 @item +Inf
15711 Positive infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15713 @item NoSimp
15714 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15716 @item NumSimp
15717 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15719 @item BinSimp@var{w}
15720 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15722 @item AlgSimp
15723 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15725 @item ExtSimp
15726 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15728 @item UnitSimp
15729 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15731 @item Bin
15732 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15734 @item Oct
15735 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15737 @item Hex
15738 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15740 @item Radix@var{n}
15741 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15743 @item Zero
15744 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15746 @item Big
15747 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15749 @item Flat
15750 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15752 @item Unform
15753 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15755 @item C
15756 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15758 @item Pascal
15759 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15761 @item Fortran
15762 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15764 @item TeX
15765 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX Language Mode}).
15767 @item Eqn
15768 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15770 @item Math
15771 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15773 @item Maple
15774 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15776 @item Norm@var{n}
15777 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15779 @item Fix@var{n}
15780 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15782 @item Sci
15783 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15785 @item Sci@var{n}
15786 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15788 @item Eng
15789 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15791 @item Eng@var{n}
15792 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15794 @item Left@var{n}
15795 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15797 @item Right
15798 Right-justified display (@kbd{d >}).
15800 @item Right@var{n}
15801 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15803 @item Center
15804 Centered display (@kbd{d =}).
15806 @item Center@var{n}
15807 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15809 @item Wid@var{n}
15810 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15812 @item Wide
15813 No line breaking (@kbd{d b}).
15815 @item Break
15816 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15818 @item Save
15819 Record modes in @file{~/.emacs} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15821 @item Local
15822 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15824 @item LocEdit
15825 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15827 @item LocPerm
15828 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15830 @item Global
15831 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15833 @item Manual
15834 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15835 Recomputation}).
15837 @item Graph
15838 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15840 @item Sel
15841 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15843 @item Dirty
15844 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15846 @item Inv
15847 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15849 @item Hyp
15850 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15852 @item Keep
15853 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15855 @item Narrow
15856 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15857 @end table
15859 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15860 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15862 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15863 @chapter Arithmetic Functions
15865 @noindent
15866 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15867 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15868 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15869 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15870 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15871 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15872 is illegal) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15874 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15875 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15876 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15878 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15879 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15880 interpret a prefix argument.
15882 @menu
15883 * Basic Arithmetic::
15884 * Integer Truncation::
15885 * Complex Number Functions::
15886 * Conversions::
15887 * Date Arithmetic::
15888 * Financial Functions::
15889 * Binary Functions::
15890 @end menu
15892 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15893 @section Basic Arithmetic
15895 @noindent
15896 @kindex +
15897 @pindex calc-plus
15898 @ignore
15899 @mindex @null
15900 @end ignore
15901 @tindex +
15902 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15903 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15904 onto the stack.
15906 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15907 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15908 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15909 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15910 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15911 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15912 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15913 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15914 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15915 to every element of a vector.
15917 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15918 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15919 the current Polar Mode determines the form of the result.  If Symbolic
15920 Mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15921 conversions for polar addition are non-trivial.
15923 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15924 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15925 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15926 degrees or radians (depending on the current Angular Mode) to HMS format
15927 and then the two HMS forms are added.
15929 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15930 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15931 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15932 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15933 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15934 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15935 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15936 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15938 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15939 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15940 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15941 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15942 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15943 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15944 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15945 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15947 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @cite{M},
15948 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15949 result is a modulo form which represents the sum, modulo @cite{M}, of
15950 the two values.
15952 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15953 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15954 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15955 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15957 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15958 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15959 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15960 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15962 @kindex -
15963 @pindex calc-minus
15964 @ignore
15965 @mindex @null
15966 @end ignore
15967 @tindex -
15968 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15969 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15970 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @i{-3}.  All options
15971 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15973 @kindex *
15974 @pindex calc-times
15975 @ignore
15976 @mindex @null
15977 @end ignore
15978 @tindex *
15979 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15980 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15981 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
15982 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
15983 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
15984 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
15985 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
15986 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
15987 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
15989 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
15990 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
15991 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
15992 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
15993 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
15994 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
15995 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
15996 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
15998 @kindex /
15999 @pindex calc-divide
16000 @ignore
16001 @mindex @null
16002 @end ignore
16003 @tindex /
16004 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
16005 dividing a scalar @cite{B} by a square matrix @cite{A}, the computation
16006 performed is @cite{B} times the inverse of @cite{A}.  This also occurs
16007 if @cite{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
16008 to solve the set of linear equations represented by @cite{B}.  If @cite{B}
16009 is a matrix with the same number of rows as @cite{A}, or a plain vector
16010 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
16011 @cite{A X = B} is solved for the vector or matrix @cite{X}.  Otherwise,
16012 if @cite{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
16013 as @cite{A}, the equation @cite{X A = B} is solved.  If you wish a vector
16014 @cite{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @cite{X A = B},
16015 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
16016 left-handed solution with a square matrix @cite{B}, transpose @cite{A} and
16017 @cite{B} before dividing, then transpose the result.
16019 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16020 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16021 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16022 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16023 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16024 interval.
16026 @kindex ^
16027 @pindex calc-power
16028 @ignore
16029 @mindex @null
16030 @end ignore
16031 @tindex ^
16032 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16033 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16034 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16035 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16036 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16037 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16039 @kindex I ^
16040 @tindex nroot
16041 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16042 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16043 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16045 @kindex \
16046 @pindex calc-idiv
16047 @tindex idiv
16048 @ignore
16049 @mindex @null
16050 @end ignore
16051 @tindex \
16052 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16053 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16054 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16055 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16056 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16057 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16059 @kindex %
16060 @pindex calc-mod
16061 @ignore
16062 @mindex @null
16063 @end ignore
16064 @tindex %
16065 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16066 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16067 for all real numbers @cite{a} and @cite{b} (except @cite{b=0}).  For
16068 positive @cite{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16069 @cite{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16070 If @cite{a} is a modulo form, its modulo is changed to @cite{b}, which
16071 must be positive real number.
16073 @kindex :
16074 @pindex calc-fdiv
16075 @tindex fdiv
16076 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) command [@code{fdiv} function in a formula]
16077 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16078 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction Mode (with
16079 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16080 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16081 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16082 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16083 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16085 @kindex n
16086 @pindex calc-change-sign
16087 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16088 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16089 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16091 @kindex A
16092 @pindex calc-abs
16093 @tindex abs
16094 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16095 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16096 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16097 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16098 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16099 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16100 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16101 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16102 an interval is defined in the obvious way.
16104 @kindex f A
16105 @pindex calc-abssqr
16106 @tindex abssqr
16107 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16108 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16110 @kindex f s
16111 @pindex calc-sign
16112 @tindex sign
16113 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16114 argument is positive, @i{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16115 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16116 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16117 zero depending on the sign of @samp{a}.
16119 @kindex &
16120 @pindex calc-inv
16121 @tindex inv
16122 @cindex Reciprocal
16123 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16124 reciprocal of a number, i.e., @cite{1 / x}.  Operating on a square
16125 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16127 @kindex Q
16128 @pindex calc-sqrt
16129 @tindex sqrt
16130 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16131 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16132 complex number whose form is determined by the current Polar Mode.
16134 @kindex f h
16135 @pindex calc-hypot
16136 @tindex hypot
16137 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16138 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16139 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @cite{a}
16140 and @cite{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16141 magnitudes are used.
16143 @kindex f Q
16144 @pindex calc-isqrt
16145 @tindex isqrt
16146 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16147 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16148 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16149 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16150 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16151 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16152 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16154 @kindex f n
16155 @kindex f x
16156 @pindex calc-min
16157 @tindex min
16158 @pindex calc-max
16159 @tindex max
16160 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16161 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16162 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16163 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16164 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16165 all the arguments.)@refill
16167 @kindex f M
16168 @kindex f X
16169 @pindex calc-mant-part
16170 @tindex mant
16171 @pindex calc-xpon-part
16172 @tindex xpon
16173 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16174 the ``mantissa'' part @cite{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16175 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16176 @cite{e}.  The original number is equal to @c{$m \times 10^e$}
16177 @cite{m * 10^e},
16178 where @cite{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16179 @cite{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16180 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16181 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16182 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16183 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16184 a multiple of ten (again except for the @cite{m=e=0} case).@refill
16186 @kindex f S
16187 @pindex calc-scale-float
16188 @tindex scf
16189 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16190 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16191 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16192 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16193 or @samp{1:20} depending on the current Fraction Mode.@refill
16195 @kindex f [
16196 @kindex f ]
16197 @pindex calc-decrement
16198 @pindex calc-increment
16199 @tindex decr
16200 @tindex incr
16201 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16202 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16203 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16204 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16205 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16206 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16207 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16208 @samp{0.0} produces @c{$10^{-p}$}
16209 @cite{10^-p}, where @cite{p} is the current
16210 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16211 With numeric prefix arguments, they change the number by @cite{n} units.
16213 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16214 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16215 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16216 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16217 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16218 way floating-point numbers work.
16220 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16221 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16223 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16224 @section Integer Truncation
16226 @noindent
16227 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16228 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16229 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16230 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16231 to integer form.
16233 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16234 expressed as an integer-valued floating-point number.
16236 @cindex Integer part of a number
16237 @kindex F
16238 @pindex calc-floor
16239 @tindex floor
16240 @tindex ffloor
16241 @ignore
16242 @mindex @null
16243 @end ignore
16244 @kindex H F
16245 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16246 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16247 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16248 @i{-4}.@refill
16250 @kindex I F
16251 @pindex calc-ceiling
16252 @tindex ceil
16253 @tindex fceil
16254 @ignore
16255 @mindex @null
16256 @end ignore
16257 @kindex H I F
16258 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16259 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16260 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @i{-3}.@refill
16262 @kindex R
16263 @pindex calc-round
16264 @tindex round
16265 @tindex fround
16266 @ignore
16267 @mindex @null
16268 @end ignore
16269 @kindex H R
16270 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16271 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16272 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16273 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16274 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @i{-4}.@refill
16276 @kindex I R
16277 @pindex calc-trunc
16278 @tindex trunc
16279 @tindex ftrunc
16280 @ignore
16281 @mindex @null
16282 @end ignore
16283 @kindex H I R
16284 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16285 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16286 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16287 @kbd{_3.6 I R} produces @i{-3}.@refill
16289 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16290 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16291 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16292 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16293 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16294 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16296 @ignore
16297 @starindex
16298 @end ignore
16299 @tindex rounde
16300 @ignore
16301 @starindex
16302 @end ignore
16303 @tindex roundu
16304 @ignore
16305 @starindex
16306 @end ignore
16307 @tindex frounde
16308 @ignore
16309 @starindex
16310 @end ignore
16311 @tindex froundu
16312 There are two more rounding functions which can only be entered in
16313 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16314 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16315 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16316 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16317 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16318 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16319 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16320 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16321 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16322 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16323 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16324 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16325 argument will first have been rounded down to @cite{2.5} (which
16326 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16328 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16329 a second argument which specifies the number of digits after the
16330 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16331 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16332 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16333 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16334 no second argument at all.
16336 @cindex Fractional part of a number
16337 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16338 added to `@t{floor(}@var{n}@t{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16339 modulo 1 using the @code{%} command.@refill
16341 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16342 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16343 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16344 arguments and return the result rounded down to an integer.
16346 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16347 @section Complex Number Functions
16349 @noindent
16350 @kindex J
16351 @pindex calc-conj
16352 @tindex conj
16353 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16354 complex conjugate of a number.  For complex number @cite{a+bi}, the
16355 complex conjugate is @cite{a-bi}.  If the argument is a real number,
16356 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16357 this command replaces each element by its complex conjugate.
16359 @kindex G
16360 @pindex calc-argument
16361 @tindex arg
16362 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16363 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16364 notation, this is simply the second component of the pair
16365 `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
16366 @var{theta}@t{)}'.
16367 The result is expressed according to the current angular mode and will
16368 be in the range @i{-180} degrees (exclusive) to @i{+180} degrees
16369 (inclusive), or the equivalent range in radians.@refill
16371 @pindex calc-imaginary
16372 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16373 top of the stack by the imaginary number @cite{i = (0,1)}.  This
16374 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16375 on the @key{IMAG} button in Keypad Mode.
16377 @kindex f r
16378 @pindex calc-re
16379 @tindex re
16380 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16381 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16382 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16383 the value part.)@refill
16385 @kindex f i
16386 @pindex calc-im
16387 @tindex im
16388 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16389 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16390 or matrix argument, these functions operate element-wise.@refill
16392 @ignore
16393 @mindex v p
16394 @end ignore
16395 @kindex v p (complex)
16396 @pindex calc-pack
16397 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16398 the the stack into a composite object such as a complex number.  With
16399 a prefix argument of @i{-1}, it produces a rectangular complex number;
16400 with an argument of @i{-2}, it produces a polar complex number.
16401 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16403 @ignore
16404 @mindex v u
16405 @end ignore
16406 @kindex v u (complex)
16407 @pindex calc-unpack
16408 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16409 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16410 into its separate components.
16412 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16413 @section Conversions
16415 @noindent
16416 The commands described in this section convert numbers from one form
16417 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16419 @kindex c f
16420 @pindex calc-float
16421 @tindex pfloat
16422 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16423 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16424 @cite{23} is converted to @cite{23.0}, @cite{3:2} is converted to
16425 @cite{1.5}, and @cite{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16426 object such as a complex number or vector, each of the components is
16427 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16428 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16429 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16430 format may lose information.@refill
16432 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16433 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16434 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16435 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16436 it does not notice that the thing being floated is a power.
16437 @xref{Selecting Subformulas}.
16439 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16440 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16441 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16442 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16444 @kindex H c f
16445 @tindex float
16446 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16447 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16448 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16449 is left unevaluated because its argument is not a number.
16451 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16452 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16453 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16454 that appear right now.
16456 @kindex c F
16457 @pindex calc-fraction
16458 @tindex pfrac
16459 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16460 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16461 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16462 input number, to within the current precision.  You can also give a
16463 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16464 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16465 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16466 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16467 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16468 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16469 fraction is correct to within that absolute amount.
16471 @kindex H c F
16472 @tindex frac
16473 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16474 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16475 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16477 @kindex c d
16478 @pindex calc-to-degrees
16479 @tindex deg
16480 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16481 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16482 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16483 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.@refill
16485 @kindex c r
16486 @pindex calc-to-radians
16487 @tindex rad
16488 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16489 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16491 @kindex c h
16492 @pindex calc-to-hms
16493 @tindex hms
16494 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16495 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16496 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16497 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16498 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16500 @pindex calc-from-hms
16501 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16502 stack into a real number according to the current angular mode.
16504 @kindex c p
16505 @kindex I c p
16506 @pindex calc-polar
16507 @tindex polar
16508 @tindex rect
16509 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16510 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16511 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16512 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16513 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16514 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16515 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16516 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)@refill
16518 @kindex c c
16519 @pindex calc-clean
16520 @tindex pclean
16521 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16522 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16523 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16524 components have strayed from the @i{-180} to @i{+180} degree range
16525 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16526 angular mode is different from the one under which the number was
16527 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16528 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16529 number (i.e., pervasively).@refill
16531 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16532 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16533 applies the default simplifications even if their automatic application
16534 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16536 @cindex Roundoff errors, correcting
16537 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16538 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16539 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16540 prefix decreases the precision by the specified amount.
16542 @kindex c 0-9
16543 @pindex calc-clean-num
16544 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16545 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16546 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16547 decimal place often conveniently does the trick.
16549 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16550 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16551 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16552 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16553 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16554 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16555 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16557 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16558 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16559 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16560 does not clip small numbers.)
16562 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16563 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16564 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16565 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16566 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16567 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16569 @kindex H c 0-9
16570 @kindex H c c
16571 @tindex clean
16572 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16573 operate non-pervasively [@code{clean}].
16575 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16576 @section Date Arithmetic
16578 @noindent
16579 @cindex Date arithmetic, additional functions
16580 The commands described in this section perform various conversions
16581 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16582 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16583 letters.
16585 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16586 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16587 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16588 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16589 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16590 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16592 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16593 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16594 additional argument from the top of the stack.
16596 @menu
16597 * Date Conversions::
16598 * Date Functions::
16599 * Time Zones::
16600 * Business Days::
16601 @end menu
16603 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16604 @subsection Date Conversions
16606 @noindent
16607 @kindex t D
16608 @pindex calc-date
16609 @tindex date
16610 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16611 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16612 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16613 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16614 argument is a number, it converts this number into a date form.
16616 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16617 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16618 of the following ways:
16620 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16621 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16622 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16623 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16624 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16625 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16626 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16627 month will be used.
16629 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16630 pure date form using the current year, as determined by the
16631 real-time clock.
16633 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16634 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16636 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16637 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16638 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16639 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16640 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16641 The last two arguments default to zero if omitted.
16643 @kindex t J
16644 @pindex calc-julian
16645 @tindex julian
16646 @cindex Julian day counts, conversions
16647 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16648 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16649 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16650 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16651 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16652 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16653 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16654 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16655 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16656 are never time-zone adjusted.
16658 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16659 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16660 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16661 current or specified time zone.
16663 @kindex t U
16664 @pindex calc-unix-time
16665 @tindex unixtime
16666 @cindex Unix time format, conversions
16667 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16668 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16669 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16670 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16671 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16672 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16673 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16674 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16675 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16676 suppress the adjustment if so.
16678 @kindex t C
16679 @pindex calc-convert-time-zones
16680 @tindex tzconv
16681 @cindex Time Zones, converting between
16682 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16683 command converts a date form from one time zone to another.  You
16684 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16685 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16686 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16687 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16688 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16689 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16691 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16692 @subsection Date Functions
16694 @noindent
16695 @kindex t N
16696 @pindex calc-now
16697 @tindex now
16698 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16699 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16700 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16701 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16703 @kindex t P
16704 @pindex calc-date-part
16705 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16706 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16707 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16708 The various part codes are described in the following paragraphs.
16710 @tindex year
16711 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16712 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16713 following functions will also accept a real number for an
16714 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16715 Note that this function will never return zero, since the year
16716 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16718 @tindex month
16719 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16720 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16722 @tindex day
16723 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16724 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16726 @tindex hour
16727 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16728 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16729 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16730 date form.  This function (and the following two) also accept
16731 HMS forms as input.
16733 @tindex minute
16734 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16735 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16737 @tindex second
16738 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16739 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16740 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16741 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16743 @tindex weekday
16744 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16745 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16746 to 6 (Saturday).
16748 @tindex yearday
16749 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16750 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16751 to 366 (December 31 of a leap year).
16753 @tindex time
16754 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16755 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16756 for a pure date form.
16758 @kindex t M
16759 @pindex calc-new-month
16760 @tindex newmonth
16761 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16762 computes a new date form that represents the first day of the month
16763 specified by the input date.  The result is always a pure date
16764 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16765 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16766 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16767 is greater than the actual number of days in the month, or if
16768 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16770 @kindex t Y
16771 @pindex calc-new-year
16772 @tindex newyear
16773 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16774 computes a new pure date form that represents the first day of
16775 the year specified by the input.  The month, day, and time
16776 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16777 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16778 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16779 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16780 year (December 31).  A negative prefix argument from @i{-1} to
16781 @i{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16783 @kindex t W
16784 @pindex calc-new-week
16785 @tindex newweek
16786 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16787 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16788 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16789 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16790 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16791 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16793 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16794 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16795 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16796 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16797 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16798 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16799 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16800 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16801 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16802 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16803 of the @code{weekday} function?).
16805 @ignore
16806 @starindex
16807 @end ignore
16808 @tindex pwday
16809 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16810 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16811 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16812 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16813 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16814 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16815 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16816 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16817 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16818 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16819 for any day of the week instead of Sunday.
16821 @kindex t I
16822 @pindex calc-inc-month
16823 @tindex incmonth
16824 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16825 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16826 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16827 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16828 same, except that if the new month has fewer days the day
16829 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16830 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16831 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16832 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16833 in this case).
16835 @ignore
16836 @starindex
16837 @end ignore
16838 @tindex incyear
16839 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16840 a date form by the specified number of years, which may be
16841 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16842 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16843 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16844 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16845 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16846 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16848 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16849 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16850 @code{incweek} simply use @cite{d + n} or @cite{d + 7 n}.
16852 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16853 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16855 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16856 @subsection Business Days
16858 @noindent
16859 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16860 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16861 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16862 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16863 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16864 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16866 @kindex t +
16867 @kindex t -
16868 @tindex badd
16869 @tindex bsub
16870 @pindex calc-business-days-plus
16871 @pindex calc-business-days-minus
16872 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16873 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16874 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16875 one argument must be a date form and the other must be a real
16876 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16877 then a certain amount of time is added as well as a number of
16878 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16879 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16880 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16881 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16882 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16883 case the result is the number of business days between the two
16884 dates.
16886 @cindex @code{Holidays} variable
16887 @vindex Holidays
16888 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16889 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16890 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16891 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16892 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16893 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16894 be any of the following kinds of objects:
16896 @itemize @bullet
16897 @item
16898 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16899 particular days which are to be treated as holidays.
16901 @item
16902 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16903 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16905 @item
16906 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16907 considered to be a holiday.
16909 @item
16910 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16911 If the formula involves the variable @cite{y}, it stands for a
16912 yearly repeating holiday; @cite{y} will take on various year
16913 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16914 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16915 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16916 If the formula involves the variable @cite{m}, that variable
16917 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16918 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16920 @item
16921 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16922 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16924 @item
16925 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16926 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16927 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16928 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16929 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16930 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16931 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16932 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16933 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16934 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16936 @item
16937 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16938 are to be considered one business day.  For example, if this
16939 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16940 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16941 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16942 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16943 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16944 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16945 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16946 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16947 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16948 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16949 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16950 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16951 @end itemize
16953 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16954 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16955 then be no difference between business days and calendar days.
16957 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
16958 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
16959 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
16960 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
16961 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
16962 the number of holidays between two dates.)
16964 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
16965 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
16966 list between the smallest and largest years that have been involved
16967 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
16968 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
16969 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
16970 only a small range of years, Calc will still work out all the
16971 holidays that fall in that 200-year span.
16973 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
16974 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
16975 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
16976 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
16977 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
16978 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
16979 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
16980 difference between two dates one or both of which fall on holidays
16981 equals the number of actual business days between them.  These
16982 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
16983 business days to any date, the difference between the result and the
16984 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
16985 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
16986 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
16987 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
16989 @ignore
16990 @starindex
16991 @end ignore
16992 @tindex holiday
16993 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
16994 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
16995 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
16996 business day.
16998 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
16999 @subsection Time Zones
17001 @noindent
17002 @cindex Time zones
17003 @cindex Daylight savings time
17004 Time zones and daylight savings time are a complicated business.
17005 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17006 compute the correct time zone and daylight savings adjustment to use,
17007 provided they can figure out this information.  This section describes
17008 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17009 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17010 can't determine the right correction to use.
17012 Adjustments for time zones and daylight savings time are done by
17013 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17014 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17015 to exactly 30 days even though there is a daylight-savings
17016 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17017 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17018 and Unix date/times will adjust for daylight savings time:
17019 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17020 evaluates to @samp{29.95834} (that's 29 days and 23 hours)
17021 because one hour was lost when daylight savings commenced on
17022 April 7, 1991.
17024 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17025 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17026 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17027 days between two dates without taking daylight savings into account.
17029 @pindex calc-time-zone
17030 @ignore
17031 @starindex
17032 @end ignore
17033 @tindex tzone
17034 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17035 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17036 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17037 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17038 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17039 Daylight Savings time is in effect, one hour should be subtracted from
17040 the normal difference.
17042 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17043 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17044 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17045 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17046 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17047 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17048 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17049 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17050 (for Pacific standard and daylight savings times, respectively).
17052 North American and European time zone names are defined as follows;
17053 note that for each time zone there is one name for standard time,
17054 another for daylight savings time, and a third for ``generalized'' time
17055 in which the daylight savings adjustment is computed from context.
17057 @smallexample
17058 @group
17059 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17060  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17062 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17063  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17065 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17066 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17067 @end group
17068 @end smallexample
17070 @vindex math-tzone-names
17071 To define time zone names that do not appear in the above table,
17072 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17073 is a list of lists describing the different time zone names; its
17074 structure is best explained by an example.  The three entries for
17075 Pacific Time look like this:
17077 @smallexample
17078 @group
17079 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17080   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight savings adjustment.
17081   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17082 @end group
17083 @end smallexample
17085 @cindex @code{TimeZone} variable
17086 @vindex TimeZone
17087 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17088 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17089 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17090 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17091 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17092 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17093 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17094 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17095 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17096 later calls to @samp{tzone()}.
17098 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17099 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17100 command.
17102 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17103 savings zone names from the above table, and Calc's internal
17104 daylight savings algorithm says that time and zone are consistent
17105 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17106 consider to be daylight savings, or @code{PST} accompanies a date
17107 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17108 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17110 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17111 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17112 initialization file to set the time zone.  The easiest way to do
17113 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17114 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17115 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17117 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17118 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17119 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17120 examines the date being converted to tell whether to use standard
17121 or daylight savings time.  But if the current time zone is explicit,
17122 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17123 and Calc's daylight savings algorithm is not consulted.
17125 Some places don't follow the usual rules for daylight savings time.
17126 The state of Arizona, for example, does not observe daylight savings
17127 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17128 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17129 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17130 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17131 savings time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17132 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17133 non-daylight-savings time.
17135 @vindex math-daylight-savings-hook
17136 @findex math-std-daylight-savings
17137 By default Calc always considers daylight savings time to begin at
17138 2 a.m.@: on the first Sunday of April, and to end at 2 a.m.@: on the
17139 last Sunday of October.  This is the rule that has been in effect
17140 in North America since 1987.  If you are in a country that uses
17141 different rules for computing daylight savings time, you have two
17142 choices:  Write your own daylight savings hook, or control time
17143 zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17144 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17146 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17147 name of a function that is used to compute the daylight savings
17148 adjustment for a given date.  The default is
17149 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17150 (either 0 or @i{-1}) using the North American rules given above.
17152 The daylight savings hook function is called with four arguments:
17153 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17154 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17155 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17156 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17157 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17158 converting into a generalized time zone (see below).
17160 @findex math-prev-weekday-in-month
17161 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17162 daylight savings computations.  This is an internal version of
17163 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17164 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17165 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17166 and the weekday number (0-6).
17168 The default daylight savings hook ignores the time zone name, but a
17169 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17170 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17171 depending on the year number, but the default hook always uses the
17172 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17173 daylight savings hook:
17175 @smallexample
17176 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17177   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17178         ((= (nth 1 dt) 4)
17179          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17180            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17181                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17182                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17183                  (t -1))))
17184         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17185         ((= (nth 1 dt) 10)
17186          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17187            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17188                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17189                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17190                  (t 0))))
17191         (t 0))
17193 @end smallexample
17195 @noindent
17196 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17197 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17198 It is @i{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17199 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17200 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17202 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17203 beginning of daylight savings time; converting a date/time form that
17204 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17205 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight savings time, the
17206 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17207 form that falls in in this hour results in a time value for the first
17208 manifestion of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17210 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17211 daylight savings adjustment is always taken to be zero.
17213 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17214 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17215 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17216 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17217 daylight savings computation is applied to it as it appears.
17218 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17219 daylight-savings version of @var{zone} before being given to
17220 the daylight savings hook.  This odd-sounding rule ensures
17221 that the daylight-savings computation is always done in
17222 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17223 is typically represented in.
17225 @ignore
17226 @starindex
17227 @end ignore
17228 @tindex dsadj
17229 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17230 daylight savings adjustment that is appropriate for @var{date} in
17231 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17232 daylight savings time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17233 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17234 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17235 the computation is done for the current time zone.
17237 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17238 should wish to contribute your improved versions of
17239 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17240 to the Calc distribution.
17242 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17243 @section Financial Functions
17245 @noindent
17246 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17247 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17248 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17250 Note that the rate and the number of intervals given to these
17251 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17252 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17253 in months will give you very wrong answers!
17255 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17256 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17257 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17258 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17260 @menu
17261 * Percentages::
17262 * Future Value::
17263 * Present Value::
17264 * Related Financial Functions::
17265 * Depreciation Functions::
17266 * Definitions of Financial Functions::
17267 @end menu
17269 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17270 @subsection Percentages
17272 @kindex M-%
17273 @pindex calc-percent
17274 @tindex %
17275 @tindex percent
17276 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17277 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17278 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17279 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17281 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17282 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17283 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17284 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17285 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17286 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17287 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17288 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17290 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17291 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17292 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17293 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17294 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17295 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17297 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17298 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17299 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17300 represents a rate of 540 percent!
17302 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17303 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17304 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17306 @kindex c %
17307 @pindex calc-convert-percent
17308 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17309 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17310 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17311 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17312 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17313 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17314 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17316 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17317 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17318 @samp{25%}.
17320 @kindex b %
17321 @pindex calc-percent-change
17322 @tindex relch
17323 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17324 calculates the percentage change from one number to another.
17325 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17326 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17327 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17328 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17329 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17330 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17331 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @cite{(50-40)/40}, converting
17332 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17334 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17335 @subsection Future Value
17337 @noindent
17338 @kindex b F
17339 @pindex calc-fin-fv
17340 @tindex fv
17341 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17342 the future value of an investment.  It takes three arguments
17343 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17344 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17345 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17346 year, then this function tells you what your investment would be
17347 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17348 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17349 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17350 occur at the @emph{end} of each interval.
17352 @kindex I b F
17353 @tindex fvb
17354 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17355 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17356 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17357 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17358 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17359 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17360 Using the stack, this calculation would have been
17361 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17362 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17364 @kindex H b F
17365 @tindex fvl
17366 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17367 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17368 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17369 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17371 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17372 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17373 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17374 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17375 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.@refill
17377 To illustrate the relationships between these functions, we could
17378 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17379 final balance will be the sum of the contributions of our five
17380 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17381 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17382 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17383 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17384 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17385 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17386 by @code{fvb} directly.
17388 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17389 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17390 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17391 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17392 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17393 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @cite{5569.96 =
17394 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17396 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17397 @subsection Present Value
17399 @noindent
17400 @kindex b P
17401 @pindex calc-fin-pv
17402 @tindex pv
17403 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17404 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17405 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17406 It computes the present value of a series of regular payments.
17407 Suppose you have the chance to make an investment that will
17408 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17409 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17410 You want to know whether it is better to make the investment, or
17411 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17412 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17413 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17414 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17415 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17417 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17418 trying to compare the return from the investment you are
17419 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17420 the return from leaving the money in the bank, which is
17421 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17422 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17423 finds the break-even point, @cite{x = 6479.44}, at which
17424 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17425 the largest amount you should be willing to invest.
17427 @kindex I b P
17428 @tindex pvb
17429 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17430 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17431 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17432 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17433 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17434 earning interest on the return from our investment sooner.
17436 @kindex H b P
17437 @tindex pvl
17438 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17439 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17440 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17441 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17442 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17443 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17444 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17446 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17447 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17448 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17450 @kindex b N
17451 @pindex calc-fin-npv
17452 @tindex npv
17453 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17454 the net present value of a series of irregular investments.
17455 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17456 a vector which represents the expected return from the investment
17457 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17458 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17459 from the first year, second year, and so on.
17461 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17462 Obviously this function is more interesting when the payments are
17463 not all the same!
17465 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17466 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17467 vector statistical functions like @code{vsum}.
17468 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17469 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17470 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17471 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17472 payment values or vectors to take from the stack.@refill
17474 @kindex I b N
17475 @tindex npvb
17476 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17477 value where payments occur at the beginning of each interval
17478 rather than at the end.
17480 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17481 @subsection Related Financial Functions
17483 @noindent
17484 The functions in this section are basically inverses of the
17485 present value functions with respect to the various arguments.
17487 @kindex b M
17488 @pindex calc-fin-pmt
17489 @tindex pmt
17490 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17491 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17492 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17493 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17494 @var{payment}) = @var{amount}}.@refill
17496 @kindex I b M
17497 @tindex pmtb
17498 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17499 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17500 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17501 represents an initial lump-sum investment.
17503 @kindex H b M
17504 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17505 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17507 @kindex b #
17508 @pindex calc-fin-nper
17509 @tindex nper
17510 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17511 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17512 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17513 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17514 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17515 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17516 the @code{nper} function is left in symbolic form.@refill
17518 @kindex I b #
17519 @tindex nperb
17520 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17521 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17522 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17523 rather slow in the four-argument case.@refill
17525 @kindex H b #
17526 @tindex nperl
17527 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17528 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17529 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17530 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17531 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.@refill
17533 @kindex b T
17534 @pindex calc-fin-rate
17535 @tindex rate
17536 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17537 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17538 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17539 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17540 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.@refill
17542 @kindex I b T
17543 @kindex H b T
17544 @tindex rateb
17545 @tindex ratel
17546 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17547 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17548 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17549 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17550 To redo the above example from a different perspective,
17551 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17552 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.@refill
17554 @kindex b I
17555 @pindex calc-fin-irr
17556 @tindex irr
17557 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17558 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17559 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17560 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17561 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17563 @kindex I b I
17564 @tindex irrb
17565 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17566 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17568 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17569 @subsection Depreciation Functions
17571 @noindent
17572 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17573 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17574 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17575 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17576 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17577 (or other periods) of the expected useful life.
17579 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17580 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17582 @kindex b S
17583 @pindex calc-fin-sln
17584 @tindex sln
17585 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17586 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17587 by the same amount every year (or period).  For example,
17588 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17589 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17590 per year.
17592 @kindex b Y
17593 @pindex calc-fin-syd
17594 @tindex syd
17595 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17596 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17597 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17598 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17599 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17600 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17601 return zero.
17603 @kindex b D
17604 @pindex calc-fin-ddb
17605 @tindex ddb
17606 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17607 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17608 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17610 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17611 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17612 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17614 For example, pushing the vector @cite{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17615 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17616 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17617 the three depreciation methods:
17619 @example
17620 @group
17621 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17622   [ 2000, 2667, 2880 ]
17623   [ 2000, 2000, 1728 ]
17624   [ 2000, 1333,  592 ]
17625   [ 2000,  667,   0  ] ]
17626 @end group
17627 @end example
17629 @noindent
17630 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17631 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17632 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17633 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17635 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @cite{[10000, 10000, 10000]};
17636 the total depreciation in any method is (by definition) the
17637 difference between the cost and the salvage value.
17639 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
17640 @subsection Definitions
17642 @noindent
17643 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17644 Calc's financial functions.
17646 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17647 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17648 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17649 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17650 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17651 integrals or solving equations involving the functions.
17653 @ifinfo
17654 These formulas are shown using the conventions of ``Big'' display
17655 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17656 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17658 @example
17659                                         n
17660                               (1 + rate)  - 1
17661 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17662                                    rate
17664                                          n
17665                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17666 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17667                                          rate
17669                                         n
17670 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17672                                             -n
17673                               1 - (1 + rate)  
17674 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17675                                     rate
17677                                              -n
17678                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17679 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17680                                          rate
17682                                         -n
17683 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17685                                     -1               -2               -3
17686 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17688                                         -1               -2
17689 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17691                                              -n
17692                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17693 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17694                                              -n
17695                                1 - (1 + rate)
17697                                              -n
17698                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17699 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17700                                         -n
17701                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17703                                    amt * rate
17704 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17705                                       pmt
17707                                     amt * rate
17708 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17709                                   pmt * (1 + rate)
17711                               amt
17712 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17713                               pmt
17715                            1/n
17716                         pmt
17717 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17718                            1/n
17719                         amt
17721                         cost - salv
17722 sln(cost, salv, life) = -----------
17723                            life
17725                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17726 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17727                                   life * (life + 1) / 2
17729                              book * 2
17730 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17731                                life
17732 @end example
17733 @end ifinfo
17734 @tex
17735 \turnoffactive
17736 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17737 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17738 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17739 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17740 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17741 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17742 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17743 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17744 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17745 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17746                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17747 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17748 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17749 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17750 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17751 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17752 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17753 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17754 @end tex
17756 @noindent
17757 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @cite{x=0} if omitted.
17759 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17760 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17761 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17762 all sorts of inputs.
17764 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17765 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17766 returning a (financially meaningless) complex number.
17768 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17769 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17770 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17771 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17772 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17773 directly; its formula is shown in the above list.
17775 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17776 for @samp{rate}.
17778 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17779 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17780 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17782 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17783 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17784 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17786 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17787 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17788 formula for the specified number of periods.  If the book value
17789 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17790 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17791 function returns the amount the book value decreased in the specified
17792 period.
17794 The Calc financial function names were borrowed mostly from Microsoft
17795 Excel and Borland's Quattro.  The @code{ratel} function corresponds to
17796 @samp{@@CGR} in Borland's Reflex.  The @code{nper} and @code{nperl}
17797 functions correspond to @samp{@@TERM} and @samp{@@CTERM} in Quattro,
17798 respectively.  Beware that the Calc functions may take their arguments
17799 in a different order than the corresponding functions in your favorite
17800 spreadsheet.
17802 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
17803 @section Binary Number Functions
17805 @noindent
17806 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17807 the @kbd{b} prefix.
17809 @cindex Binary numbers
17810 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17811 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17812 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17813 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17814 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17816 @cindex Word size for binary operations
17817 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @cite{w}, an
17818 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17819 of the binary operations described here operate modulo @cite{2^w}.  In
17820 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17821 @cite{2^w} by all binary functions.@refill
17823 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17824 integers from @c{$-2^{-w-1}$}
17825 @cite{-(2^(-w-1))} to @c{$2^{-w-1}-1$}
17826 @cite{2^(-w-1)-1} inclusive.  Either
17827 mode accepts inputs in any range; the sign of @cite{w} affects only
17828 the results produced.
17830 @kindex b c
17831 @pindex calc-clip
17832 @tindex clip
17833 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17834 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17835 @cite{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17836 their results to the current word size.  Note that other operations like
17837 addition do not use the current word size, since integer addition
17838 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17839 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17840 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17841 size of @i{-8} @kbd{b c} converts to the range @i{-128} to 127.@refill
17843 @kindex b w
17844 @pindex calc-word-size
17845 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17846 rotates allow you to specify a different word size for that one
17847 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17848 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17849 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17850 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17851 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17853 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17854 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17855 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17856 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17857 @i{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17858 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17859 integer-valued floats.
17861 If either or both arguments are modulo forms for which @cite{M} is a
17862 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17863 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17864 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17866 @kindex b a
17867 @pindex calc-and
17868 @tindex and
17869 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17870 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17871 of the @cite{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17872 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17873 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17875 @kindex b o
17876 @pindex calc-or
17877 @tindex or
17878 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17879 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17880 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17882 @kindex b x
17883 @pindex calc-xor
17884 @tindex xor
17885 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17886 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17887 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17889 @kindex b d
17890 @pindex calc-diff
17891 @tindex diff
17892 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17893 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17894 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17896 @kindex b n
17897 @pindex calc-not
17898 @tindex not
17899 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17900 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17902 @kindex b l
17903 @pindex calc-lshift-binary
17904 @tindex lsh
17905 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17906 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17907 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17908 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17909 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17910 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17912 @kindex H b l
17913 @kindex H b r
17914 @ignore
17915 @mindex @idots
17916 @end ignore
17917 @kindex H b L
17918 @ignore
17919 @mindex @null
17920 @end ignore
17921 @kindex H b R
17922 @ignore
17923 @mindex @null
17924 @end ignore
17925 @kindex H b t
17926 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17927 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17928 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17929 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17930 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17932 @kindex b r
17933 @pindex calc-rshift-binary
17934 @tindex rsh
17935 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17936 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17937 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17939 @kindex b L
17940 @pindex calc-lshift-arith
17941 @tindex ash
17942 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17943 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17944 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17945 is performed as described below.
17947 @kindex b R
17948 @pindex calc-rshift-arith
17949 @tindex rash
17950 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17951 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17952 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17953 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17954 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17955 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17956 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17957 performs a standard left shift.
17959 @kindex b t
17960 @pindex calc-rotate-binary
17961 @tindex rot
17962 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17963 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17964 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17965 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17966 or right.
17968 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17969 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17970 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17971 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17972 bits in a binary integer.
17974 Another interesting use of the set representation of binary integers
17975 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17976 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
17977 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17978 into a binary integer.
17980 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17981 @chapter Scientific Functions
17983 @noindent
17984 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
17985 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
17986 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
17987 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
17989 @kindex P
17990 @pindex calc-pi
17991 @cindex @code{pi} variable
17992 @vindex pi
17993 @kindex H P
17994 @cindex @code{e} variable
17995 @vindex e
17996 @kindex I P
17997 @cindex @code{gamma} variable
17998 @vindex gamma
17999 @cindex Gamma constant, Euler's
18000 @cindex Euler's gamma constant
18001 @kindex H I P
18002 @cindex @code{phi} variable
18003 @cindex Phi, golden ratio
18004 @cindex Golden ratio
18005 One miscellanous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18006 the value of @c{$\pi$}
18007 @cite{pi} (at the current precision) onto the stack.  With the
18008 Hyperbolic flag, it pushes the value @cite{e}, the base of natural logarithms.
18009 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant @c{$\gamma$}
18010 @cite{gamma} (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18011 pushes the ``golden ratio'' @c{$\phi$}
18012 @cite{phi} (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18013 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18014 In Symbolic mode, these commands push the
18015 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18016 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.@refill
18018 @ignore
18019 @mindex Q
18020 @end ignore
18021 @ignore
18022 @mindex I Q
18023 @end ignore
18024 @kindex I Q
18025 @tindex sqr
18026 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18027 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18028 computes the square of the argument.
18030 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18031 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18032 interpret a prefix argument.
18034 @menu
18035 * Logarithmic Functions::
18036 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18037 * Advanced Math Functions::
18038 * Branch Cuts::
18039 * Random Numbers::
18040 * Combinatorial Functions::
18041 * Probability Distribution Functions::
18042 @end menu
18044 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18045 @section Logarithmic Functions
18047 @noindent
18048 @kindex L
18049 @pindex calc-ln
18050 @tindex ln
18051 @ignore
18052 @mindex @null
18053 @end ignore
18054 @kindex I E
18055 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18056 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18057 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18058 this is redundant with the @kbd{E} command.
18060 @kindex E
18061 @pindex calc-exp
18062 @tindex exp
18063 @ignore
18064 @mindex @null
18065 @end ignore
18066 @kindex I L
18067 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18068 exponential, i.e., @cite{e} raised to the power of the number on the stack.
18069 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18070 the @code{calc-ln} command.
18072 @kindex H L
18073 @kindex H E
18074 @pindex calc-log10
18075 @tindex log10
18076 @tindex exp10
18077 @ignore
18078 @mindex @null
18079 @end ignore
18080 @kindex H I L
18081 @ignore
18082 @mindex @null
18083 @end ignore
18084 @kindex H I E
18085 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18086 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18087 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18088 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18089 by @c{$\ln10$}
18090 @cite{ln(10)}.
18092 @kindex B
18093 @kindex I B
18094 @pindex calc-log
18095 @tindex log
18096 @tindex alog
18097 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18098 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18099 @c{$2^{10} = 1024$}
18100 @cite{2^10 = 1024}.  In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18101 will be either @cite{1:2} or @cite{0.5} depending on the current Fraction
18102 Mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18103 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18105 @kindex f I
18106 @pindex calc-ilog
18107 @tindex ilog
18108 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18109 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18110 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18111 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @cite{x} in the
18112 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18113 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18114 @samp{floor(log(x,b))}.
18116 @kindex f E
18117 @pindex calc-expm1
18118 @tindex expm1
18119 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18120 @c{$e^x - 1$}
18121 @cite{exp(x)-1}, but using an algorithm that produces a more accurate
18122 answer when the result is close to zero, i.e., when @c{$e^x$}
18123 @cite{exp(x)} is close
18124 to one.
18126 @kindex f L
18127 @pindex calc-lnp1
18128 @tindex lnp1
18129 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18130 @c{$\ln(x+1)$}
18131 @cite{ln(x+1)}, producing a more accurate answer when @cite{x} is close
18132 to zero.
18134 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18135 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18137 @noindent
18138 @kindex S
18139 @pindex calc-sin
18140 @tindex sin
18141 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18142 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18143 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18144 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18145 on complex numbers.@refill
18147 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18148 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18149 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18150 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18151 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18153 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18154 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18155 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18156 formulas when the current angular mode is radians @emph{and} symbolic
18157 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18158 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18159 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18160 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18161 the form @cite{x} plus a multiple of @c{$\pi/2$}
18162 @cite{pi/2} are also simplified.
18163 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.@refill
18165 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18166 @c{$\pi/12$}
18167 @cite{pi/12}, @c{$\pi/10$}
18168 @cite{pi/10}, or @c{$\pi/8$}
18169 @cite{pi/8} radians.  In degrees mode,
18170 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18171 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18173 @kindex I S
18174 @pindex calc-arcsin
18175 @tindex arcsin
18176 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18177 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18178 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18179 notation depending on the current angular mode.
18181 @kindex H S
18182 @pindex calc-sinh
18183 @tindex sinh
18184 @kindex H I S
18185 @pindex calc-arcsinh
18186 @tindex arcsinh
18187 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18188 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18189 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18190 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18192 @kindex C
18193 @pindex calc-cos
18194 @tindex cos
18195 @ignore
18196 @mindex @idots
18197 @end ignore
18198 @kindex I C
18199 @pindex calc-arccos
18200 @ignore
18201 @mindex @null
18202 @end ignore
18203 @tindex arccos
18204 @ignore
18205 @mindex @null
18206 @end ignore
18207 @kindex H C
18208 @pindex calc-cosh
18209 @ignore
18210 @mindex @null
18211 @end ignore
18212 @tindex cosh
18213 @ignore
18214 @mindex @null
18215 @end ignore
18216 @kindex H I C
18217 @pindex calc-arccosh
18218 @ignore
18219 @mindex @null
18220 @end ignore
18221 @tindex arccosh
18222 @ignore
18223 @mindex @null
18224 @end ignore
18225 @kindex T
18226 @pindex calc-tan
18227 @ignore
18228 @mindex @null
18229 @end ignore
18230 @tindex tan
18231 @ignore
18232 @mindex @null
18233 @end ignore
18234 @kindex I T
18235 @pindex calc-arctan
18236 @ignore
18237 @mindex @null
18238 @end ignore
18239 @tindex arctan
18240 @ignore
18241 @mindex @null
18242 @end ignore
18243 @kindex H T
18244 @pindex calc-tanh
18245 @ignore
18246 @mindex @null
18247 @end ignore
18248 @tindex tanh
18249 @ignore
18250 @mindex @null
18251 @end ignore
18252 @kindex H I T
18253 @pindex calc-arctanh
18254 @ignore
18255 @mindex @null
18256 @end ignore
18257 @tindex arctanh
18258 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18259 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18260 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18261 variants of these functions.
18263 @kindex f T
18264 @pindex calc-arctan2
18265 @tindex arctan2
18266 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18267 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18268 result is in the full range from @i{-180} (exclusive) to @i{+180}
18269 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18270 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18271 value would only be in the range from @i{-90} to @i{+90} degrees
18272 since the division loses information about the signs of the two
18273 components, and an error might result from an explicit division by zero
18274 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18275 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18277 @pindex calc-sincos
18278 @ignore
18279 @starindex
18280 @end ignore
18281 @tindex sincos
18282 @ignore
18283 @starindex
18284 @end ignore
18285 @ignore
18286 @mindex arc@idots
18287 @end ignore
18288 @tindex arcsincos
18289 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18290 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18291 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18292 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18293 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18294 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)@refill
18296 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18297 @section Advanced Mathematical Functions
18299 @noindent
18300 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18301 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18302 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18303 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18304 handle error forms or intervals as arguments.
18306 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18307 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18308 current precision comfortably higher than you actually need when
18309 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18310 slow for some values of the arguments.
18312 @kindex f g
18313 @pindex calc-gamma
18314 @tindex gamma
18315 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18316 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18317 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18318 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18319 integral:  @c{$\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt$}
18320 @cite{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.
18321 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18323 @kindex f G
18324 @tindex gammaP
18325 @ignore
18326 @mindex @idots
18327 @end ignore
18328 @kindex I f G
18329 @ignore
18330 @mindex @null
18331 @end ignore
18332 @kindex H f G
18333 @ignore
18334 @mindex @null
18335 @end ignore
18336 @kindex H I f G
18337 @pindex calc-inc-gamma
18338 @ignore
18339 @mindex @null
18340 @end ignore
18341 @tindex gammaQ
18342 @ignore
18343 @mindex @null
18344 @end ignore
18345 @tindex gammag
18346 @ignore
18347 @mindex @null
18348 @end ignore
18349 @tindex gammaG
18350 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18351 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18352 the integral, @c{$P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)$}
18353 @cite{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18354 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @cite{a} (see the
18355 definition of the normal gamma function).
18357 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18358 The complement of @cite{P(a,x)}, called @cite{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18359 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18360 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18361 @cite{x} to infinity.
18363 @ifinfo
18364 The functions corresponding to the integrals that define @cite{P(a,x)}
18365 and @cite{Q(a,x)} but without the normalizing @cite{1/gamma(a)}
18366 factor are called @cite{g(a,x)} and @cite{G(a,x)}, respectively
18367 (where @cite{g} and @cite{G} represent the lower- and upper-case Greek
18368 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18369 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18370 @end ifinfo
18371 @tex
18372 \turnoffactive
18373 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18374 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18375 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18376 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18377 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18378 @end tex
18380 @kindex f b
18381 @pindex calc-beta
18382 @tindex beta
18383 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18384 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18385 @c{$B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)$}
18386 @cite{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, or by
18387 @c{$B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt$}
18388 @cite{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18390 @kindex f B
18391 @kindex H f B
18392 @pindex calc-inc-beta
18393 @tindex betaI
18394 @tindex betaB
18395 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18396 the incomplete beta function @cite{I(x,a,b)}.  It is defined by
18397 @c{$I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)$}
18398 @cite{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18399 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18400 un-normalized version [@code{betaB}].
18402 @kindex f e
18403 @kindex I f e
18404 @pindex calc-erf
18405 @tindex erf
18406 @tindex erfc
18407 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18408 error function @c{$\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt$}
18409 @cite{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18410 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18411 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18412 @c{$\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1$}
18413 @cite{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18415 @kindex f j
18416 @kindex f y
18417 @pindex calc-bessel-J
18418 @pindex calc-bessel-Y
18419 @tindex besJ
18420 @tindex besY
18421 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18422 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18423 functions of the first and second kinds, respectively.
18424 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18425 @cite{n} is often an integer, but is not required to be one.
18426 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18427 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18428 Use with care!@refill
18430 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18431 @section Branch Cuts and Principal Values
18433 @noindent
18434 @cindex Branch cuts
18435 @cindex Principal values
18436 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18437 defined for complex numbers as well as for reals.
18438 This section describes the values
18439 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18440 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18441 second edition, in these matters.  This section will describe each
18442 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18443 diagrams), consult Steele's book.
18445 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18446 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18447 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18449 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18450 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18451 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18452 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18453 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18454 or II and IV for @code{arctanh}.
18456 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18457 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18458 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18459 and wait a while to get suitable answers from them.
18461 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @cite{a<0} and @cite{b} is small but positive
18462 or zero, the result is close to the @cite{+i} axis.  For @cite{b} small and
18463 negative, the result is close to the @cite{-i} axis.  The result always lies
18464 in the right half of the complex plane.
18466 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18467 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18468 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18469 negative real axis.
18471 The following table describes these branch cuts in another way.
18472 If the real and imaginary parts of @cite{z} are as shown, then
18473 the real and imaginary parts of @cite{f(z)} will be as shown.
18474 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18475 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18477 @smallexample
18478      z           sqrt(z)       ln(z)
18479 ----------------------------------------
18480    +,   0         +,  0       any, 0
18481    -,   0         0,  +       any, pi
18482    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18483    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18484 @end smallexample
18486 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18487 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18488 not evaluate to @i{-2} as you might expect, but to the complex
18489 number @cite{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18490 of @i{-8} (as is @cite{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18491 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18493 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18494 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18496 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18497 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18498 the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18500 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18501 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18502 imaginary axis, below @cite{-i} and above @cite{i}.
18504 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18505 The branch cuts are on the imaginary axis, below @cite{-i} and
18506 above @cite{i}.
18508 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18509 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18510 real axis less than 1.
18512 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18513 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18515 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18516 @code{arctan} assume the current angular mode is radians.  The
18517 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18519 @smallexample
18520        z             arcsin(z)            arccos(z)
18521 -------------------------------------------------------
18522  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18523  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18524  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18525    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18526    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18527    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18528     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18529     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18530     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18531 @end smallexample
18533 @smallexample
18534        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18535 -----------------------------------------------------
18536  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18537  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18538  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18539    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18540    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18541    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18542     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18543     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18544     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18545 @end smallexample
18547 @smallexample
18548        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18549 -----------------------------------------------------
18550    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18551    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18552  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18553  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18554    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18555  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18556  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18557 @end smallexample
18559 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18560 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18561 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18563 @smallexample
18564 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18565 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18566 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18567 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18568 @end smallexample
18570 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18571 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18572 are not rigorously specified at present.
18574 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18575 @section Random Numbers
18577 @noindent
18578 @kindex k r
18579 @pindex calc-random
18580 @tindex random
18581 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18582 random numbers of various sorts.
18584 Given a positive numeric prefix argument @cite{M}, it produces a random
18585 integer @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18586 @cite{0 <= N < M}.  Each of the @cite{M}
18587 values appears with equal probability.@refill
18589 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18590 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @cite{M}
18591 the result is a random integer less than @cite{M}.  However, note that
18592 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @cite{M}
18593 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @cite{M} is negative,
18594 the result is a random integer in the range @c{$M < N \le 0$}
18595 @cite{M < N <= 0}.
18597 If the value on the stack is a floating-point number @cite{M}, the result
18598 is a random floating-point number @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18599 @cite{0 <= N < M}
18600 or @c{$M < N \le 0$}
18601 @cite{M < N <= 0}, according to the sign of @cite{M}.
18603 If @cite{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18604 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18605 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18606 every other call to this function will be especially fast.
18608 If @cite{M} is an error form @c{$m$ @code{+/-} $\sigma$}
18609 @samp{m +/- s} where @var{m}
18610 and @c{$\sigma$}
18611 @var{s} are both real numbers, the result uses a Gaussian
18612 distribution with mean @var{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
18613 @var{s}.
18615 If @cite{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18616 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18617 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18618 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18619 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18620 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18621 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18622 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18623 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18624 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18625 extremely small.)
18627 If @cite{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18628 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18630 @vindex RandSeed
18631 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18632 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18633 the current time and other information.  You can get a reproducible
18634 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18635 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18636 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18637 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18638 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18639 from the current time.  If you store the same integer that you used
18640 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18641 of random numbers as before.
18643 @pindex calc-rrandom
18644 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18645 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18647 @kindex k a
18648 @pindex calc-random-again
18649 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18650 number, re-using the most recent value of @cite{M}.  With a numeric
18651 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18652 that value of @cite{M}.
18654 @kindex k h
18655 @pindex calc-shuffle
18656 @tindex shuffle
18657 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18658 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18659 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18660 of the @cite{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18661 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18662 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18663 stack, and @cite{M} from second-to-top.)
18665 If @cite{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18666 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18667 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18668 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18669 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18670 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18671 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18672 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18673 If @cite{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18674 than once, but if several elements of @cite{M} are equal, they may
18675 each make it into the result vector.)
18677 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18678 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18679 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18680 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18681 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18682 by @cite{M}.  Naturally, this is allowed only when @cite{M} specifies
18683 a small discrete set of possibilities.
18685 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18686 given @cite{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18687 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @cite{M}, then use
18688 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18689 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18691 @menu
18692 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18693 @end menu
18695 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
18696 @subsection Random Number Generator
18698 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18699 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18700 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18701 of the theory of random number generators and their measurement and
18702 characterization.
18704 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18705 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18706 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18707 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18709 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18710 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18711 random number sequence will be different every time you use Calc.
18713 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18714 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18715 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18716 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18717 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18718 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18719 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18720 generators that are typically used to implement @code{random}.
18722 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18723 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18724 computing @c{$X_{n-55} - X_{n-24}$}
18725 @cite{X_n-55 - X_n-24}).  This method expands the seed
18726 value into a large table which is maintained internally; the variable
18727 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @cite{[42]}
18728 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18729 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18730 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18731 way to extract the complete state of the random number generator
18732 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18733 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18734 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18735 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18736 to reseed the generator with that number.
18738 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18739 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18740 to generate a new random number, it uses the previous number to
18741 index into the table, picks the value it finds there as the new
18742 random number, then replaces that table entry with a new value
18743 obtained from a call to the base random number generator (either
18744 the additive congruential generator or the @code{random} function
18745 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18746 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18747 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18748 damage its randomness.
18750 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18751 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18752 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18753 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18754 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18755 value.
18757 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18758 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18759 @c{$10^{-p}$}
18760 @cite{10^-p}.  The resulting random numbers should be very clean, but note
18761 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18762 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18763 numbers on the order of @c{$10^{-9}$}
18764 @cite{10^-9} or @c{$10^{-10}$}
18765 @cite{10^-10}, but those numbers
18766 will only have two or three random digits since they correspond to small
18767 integers times @c{$10^{-12}$}
18768 @cite{10^-12}.
18770 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18771 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18772 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18773 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18774 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18775 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18776 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18777 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18778 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18779 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18781 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18782 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18783 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18784 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18786 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18787 @section Combinatorial Functions
18789 @noindent
18790 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18791 @kbd{k} key prefix.
18793 @kindex k g
18794 @pindex calc-gcd
18795 @tindex gcd
18796 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18797 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18798 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18799 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18800 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18801 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18802 the operation is left in symbolic form.@refill
18804 @kindex k l
18805 @pindex calc-lcm
18806 @tindex lcm
18807 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18808 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18809 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18810 numbers.@refill
18812 @kindex k E
18813 @pindex calc-extended-gcd
18814 @tindex egcd
18815 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18816 the GCD of two integers @cite{x} and @cite{y} and returns a vector
18817 @cite{[g, a, b]} where @c{$g = \gcd(x,y) = a x + b y$}
18818 @cite{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18820 @kindex !
18821 @pindex calc-factorial
18822 @tindex fact
18823 @ignore
18824 @mindex @null
18825 @end ignore
18826 @tindex !
18827 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18828 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18829 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18830 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18831 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18832 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18833 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18834 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18835 the commands in this section.@refill
18837 @kindex k d
18838 @pindex calc-double-factorial
18839 @tindex dfact
18840 @ignore
18841 @mindex @null
18842 @end ignore
18843 @tindex !!
18844 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18845 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18846 this is the product of even integers from 2 to @cite{N}.  For an odd
18847 integer, this is the product of odd integers from 3 to @cite{N}.  If
18848 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18849 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18850 The notation @cite{N!!} is also recognized for double factorials.@refill
18852 @kindex k c
18853 @pindex calc-choose
18854 @tindex choose
18855 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18856 binomial coefficient @cite{N}-choose-@cite{M}, where @cite{M} is the number
18857 on the top of the stack and @cite{N} is second-to-top.  If both arguments
18858 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18859 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18860 real numbers by @c{$N! \over M! (N-M)!\,$}
18861 @cite{N! / M! (N-M)!}.
18863 @kindex H k c
18864 @pindex calc-perm
18865 @tindex perm
18866 @ifinfo
18867 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18868 number-of-permutations function @cite{N! / (N-M)!}.
18869 @end ifinfo
18870 @tex
18871 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18872 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18873 @end tex
18875 @kindex k b
18876 @kindex H k b
18877 @pindex calc-bernoulli-number
18878 @tindex bern
18879 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18880 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18881 is a nonnegative integer @cite{n} that specifies which Bernoulli number
18882 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18883 taking @cite{n} from the second-to-top position and @cite{x} from the
18884 top of the stack.  If @cite{x} is a variable or formula the result is
18885 a polynomial in @cite{x}; if @cite{x} is a number the result is a number.
18887 @kindex k e
18888 @kindex H k e
18889 @pindex calc-euler-number
18890 @tindex euler
18891 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18892 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18893 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18894 functions.
18896 @kindex k s
18897 @kindex H k s
18898 @pindex calc-stirling-number
18899 @tindex stir1
18900 @tindex stir2
18901 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18902 computes a Stirling number of the first kind@c{ $n \brack m$}
18903 @asis{}, given two integers
18904 @cite{n} and @cite{m} on the stack.  The @kbd{H k s} [@code{stir2}]
18905 command computes a Stirling number of the second kind@c{ $n \brace m$}
18906 @asis{}.  These are
18907 the number of @cite{m}-cycle permutations of @cite{n} objects, and
18908 the number of ways to partition @cite{n} objects into @cite{m}
18909 non-empty sets, respectively.
18911 @kindex k p
18912 @pindex calc-prime-test
18913 @cindex Primes
18914 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18915 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18916 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18917 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18918 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18919 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18920 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18921 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18922 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18923 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18924 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18925 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18926 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18928 @ignore
18929 @starindex
18930 @end ignore
18931 @tindex prime
18932 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18933 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18934 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18935 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18936 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @cite{n}
18937 is (probably) prime and 0 if not.
18939 @kindex k f
18940 @pindex calc-prime-factors
18941 @tindex prfac
18942 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
18943 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
18944 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
18945 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
18946 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
18947 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
18948 million (with a warning message).  For negative integers, the first
18949 element of the list will be @i{-1}.  For inputs @i{-1}, @i{0}, and
18950 @i{1}, the result is a list of the same number.
18952 @kindex k n
18953 @pindex calc-next-prime
18954 @ignore
18955 @mindex nextpr@idots
18956 @end ignore
18957 @tindex nextprime
18958 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
18959 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
18960 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
18961 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
18962 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
18963 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
18964 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
18965 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
18966 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
18967 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
18968 prime.
18970 @kindex I k n
18971 @pindex calc-prev-prime
18972 @ignore
18973 @mindex prevpr@idots
18974 @end ignore
18975 @tindex prevprime
18976 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
18977 analogously finds the next prime less than a given number.
18979 @kindex k t
18980 @pindex calc-totient
18981 @tindex totient
18982 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
18983 Euler ``totient'' function@c{ $\phi(n)$}
18984 @asis{}, the number of integers less than @cite{n} which
18985 are relatively prime to @cite{n}.
18987 @kindex k m
18988 @pindex calc-moebius
18989 @tindex moebius
18990 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
18991 @c{M\"obius $\mu$}
18992 @asis{Moebius ``mu''} function.  If the input number is a product of @cite{k}
18993 distinct factors, this is @cite{(-1)^k}.  If the input number has any
18994 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
18995 the result is zero.
18997 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
18998 @section Probability Distribution Functions
19000 @noindent
19001 The functions in this section compute various probability distributions.
19002 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19003 density function from @cite{x} to infinity.  (These are the ``upper
19004 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19005 tail'' functions which integrate from minus infinity to @cite{x}.)
19006 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19007 from @cite{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19008 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@cite{x}.
19010 To integrate from @cite{x} to @cite{y}, just use the distribution
19011 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19012 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19013 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19014 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19015 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19017 @kindex k B
19018 @kindex I k B
19019 @pindex calc-utpb
19020 @tindex utpb
19021 @tindex ltpb
19022 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19023 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19024 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19025 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19026 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19027 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19028 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19030 The other probability distribution functions similarly take the
19031 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19032 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19033 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19034 the random variable first, then whatever other parameters define the
19035 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19036 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19037 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19038 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19039 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19040 recover the original arguments but substitute a new value for @cite{x}.)
19042 @kindex k C
19043 @pindex calc-utpc
19044 @tindex utpc
19045 @ignore
19046 @mindex @idots
19047 @end ignore
19048 @kindex I k C
19049 @ignore
19050 @mindex @null
19051 @end ignore
19052 @tindex ltpc
19053 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19054 @c{$\nu$}
19055 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19056 correct if its chi-square statistic is @cite{x}.
19058 @kindex k F
19059 @pindex calc-utpf
19060 @tindex utpf
19061 @ignore
19062 @mindex @idots
19063 @end ignore
19064 @kindex I k F
19065 @ignore
19066 @mindex @null
19067 @end ignore
19068 @tindex ltpf
19069 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19070 various statistical tests.  The parameters @c{$\nu_1$}
19071 @cite{v1} and @c{$\nu_2$}
19072 @cite{v2}
19073 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19074 respectively, used in computing the statistic @cite{F}.
19076 @kindex k N
19077 @pindex calc-utpn
19078 @tindex utpn
19079 @ignore
19080 @mindex @idots
19081 @end ignore
19082 @kindex I k N
19083 @ignore
19084 @mindex @null
19085 @end ignore
19086 @tindex ltpn
19087 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19088 with mean @cite{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
19089 @cite{s}.  It is the
19090 probability that such a normal-distributed random variable would
19091 exceed @cite{x}.
19093 @kindex k P
19094 @pindex calc-utpp
19095 @tindex utpp
19096 @ignore
19097 @mindex @idots
19098 @end ignore
19099 @kindex I k P
19100 @ignore
19101 @mindex @null
19102 @end ignore
19103 @tindex ltpp
19104 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19105 mean @cite{x}.  It is the probability that @cite{n} or more such
19106 Poisson random events will occur.
19108 @kindex k T
19109 @pindex calc-ltpt
19110 @tindex utpt
19111 @ignore
19112 @mindex @idots
19113 @end ignore
19114 @kindex I k T
19115 @ignore
19116 @mindex @null
19117 @end ignore
19118 @tindex ltpt
19119 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19120 with @c{$\nu$}
19121 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a
19122 t-distributed random variable will be greater than @cite{t}.
19123 (Note:  This computes the distribution function @c{$A(t|\nu)$}
19124 @cite{A(t|v)}
19125 where @c{$A(0|\nu) = 1$}
19126 @cite{A(0|v) = 1} and @c{$A(\infty|\nu) \to 0$}
19127 @cite{A(inf|v) -> 0}.  The
19128 @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition
19129 which returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19131 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19132 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19133 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19134 to be able to find a solution given any initial guess.
19135 @xref{Numerical Solutions}.
19137 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19138 @chapter Vector/Matrix Functions
19140 @noindent
19141 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19142 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19143 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19144 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19145 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19147 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19148 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19149 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19150 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19151 vector of matrices, and so on.)
19153 @menu
19154 * Packing and Unpacking::
19155 * Building Vectors::
19156 * Extracting Elements::
19157 * Manipulating Vectors::
19158 * Vector and Matrix Arithmetic::
19159 * Set Operations::
19160 * Statistical Operations::
19161 * Reducing and Mapping::
19162 * Vector and Matrix Formats::
19163 @end menu
19165 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19166 @section Packing and Unpacking
19168 @noindent
19169 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19170 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19171 described in this chapter because they are most often used to build
19172 vectors.
19174 @kindex v p
19175 @pindex calc-pack
19176 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19177 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19178 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19179 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19180 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19181 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19182 five stack elements and push back a single vector of those five
19183 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19185 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19186 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19187 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19188 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19190 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19192 @table @cite
19193 @item -1
19194 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19195 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19196 @cite{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19197 number.  The two input values must both be real numbers,
19198 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19199 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19200 other packing modes also create a symbolic answer if the
19201 components are not suitable.)
19203 @item -2
19204 Two values are collected to build a polar complex number.
19205 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19206 in either degrees or radians according to the current angular
19207 mode.
19209 @item -3
19210 Three values are collected into an HMS form.  The first
19211 two values (hours and minutes) must be integers or
19212 integer-valued floats.  The third value may be any real
19213 number.
19215 @item -4
19216 Two values are collected into an error form.  The inputs
19217 may be real numbers or formulas.
19219 @item -5
19220 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19221 must be real numbers.
19223 @item -6
19224 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19225 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19227 @item -7
19228 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19230 @item -8
19231 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19233 @item -9
19234 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19236 @item -10
19237 Two integer values are collected into a fraction.
19239 @item -11
19240 Two values are collected into a floating-point number.
19241 The first is the mantissa; the second, which must be an
19242 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19243 times ten to the power of the exponent.
19245 @item -12
19246 This is treated the same as @i{-11} by the @kbd{v p} command.
19247 When unpacking, @i{-12} specifies that a floating-point mantissa
19248 is desired.
19250 @item -13
19251 A real number is converted into a date form.
19253 @item -14
19254 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19256 @item -15
19257 Six numbers are packed into a date/time form.
19258 @end table
19260 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19261 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19262 length, the result is another vector made by packing corresponding
19263 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19264 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19265 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19266 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19267 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19268 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19269 numbers modulo @var{M}.
19271 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19272 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19273 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19274 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19275 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19277 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19278 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19279 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19280 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19281 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19283 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19284 packing are done at that level as described above.  For
19285 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19286 @c{$2\times3$}
19287 @asis{2x3} matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19288 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19289 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19291 @ignore
19292 @starindex
19293 @end ignore
19294 @tindex pack
19295 There is an equivalent algebraic function,
19296 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19297 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19298 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19299 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19300 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19301 left in symbolic form if the packing mode is illegal, or if the
19302 number of data items does not match the number of items required
19303 by the mode.
19305 @kindex v u
19306 @pindex calc-unpack
19307 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19308 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19309 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19310 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19311 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19312 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19314 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19315 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19316 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19317 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19318 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19319 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19320 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19322 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19323 not a vector.  For example, if the input is the number @i{-5}, then
19324 @kbd{c-u -1 v u} yields @i{-5} and 0 (the components of @i{-5}
19325 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19326 and 180 (assuming degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @i{-5}
19327 and 1 (the numerator and denominator of @i{-5}, viewed as a rational
19328 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19329 is not a composite object.
19331 Unpacking mode @i{-11} converts a float into an integer mantissa and
19332 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19333 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19334 Unpacking mode @i{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19335 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19336 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19337 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19338 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19340 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19341 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19342 except that in addition to the components of the input object,
19343 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19344 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19345 original object.
19347 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19348 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19349 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19350 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19352 @ignore
19353 @starindex
19354 @end ignore
19355 @tindex unpack
19356 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19357 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19358 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19359 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19360 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19361 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19363 @ignore
19364 @starindex
19365 @end ignore
19366 @tindex unpackt
19367 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19368 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19369 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19370 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19371 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19372 The identity for re-building the original object is
19373 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19374 @code{apply} function builds a function call given the function
19375 name and a vector of arguments.)
19377 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19378 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19379 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19380 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19382 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19383 @section Building Vectors
19385 @noindent
19386 Vectors and matrices can be added,
19387 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.@refill
19389 @kindex |
19390 @pindex calc-concat
19391 @ignore
19392 @mindex @null
19393 @end ignore
19394 @tindex |
19395 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) command ``concatenates'' two vectors
19396 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19397 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19398 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19399 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19400 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19402 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19403 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19404 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19405 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19406 one-row matrix.
19408 @kindex H |
19409 @tindex append
19410 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19411 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19412 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19413 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19414 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19416 @kindex I |
19417 @kindex H I |
19418 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19419 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19420 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19422 @kindex v d
19423 @pindex calc-diag
19424 @tindex diag
19425 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19426 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19427 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19428 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19429 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19430 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19431 the prefix argument is required.
19433 To build a constant square matrix, e.g., a @c{$3\times3$}
19434 @asis{3x3} matrix filled with ones,
19435 use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero matrix first and then add a
19436 constant value to that matrix.  (Another alternative would be to use
19437 @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19439 @kindex v i
19440 @pindex calc-ident
19441 @tindex idn
19442 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19443 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19444 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19445 this command prompts for one.
19447 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19448 except that @cite{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19449 If @cite{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @cite{a} times an
19450 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19451 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19452 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19453 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19454 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19455 Note that in dimensioned matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19456 identity matrices are immediately expanded to the current default
19457 dimensions.
19459 @kindex v x
19460 @pindex calc-index
19461 @tindex index
19462 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19463 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19464 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19465 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19466 is a vector of negative integers from @var{n} to @i{-1}.
19468 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19469 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19470 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19471 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19472 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19473 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19474 of numbers or formulas.
19476 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19477 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19478 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19479 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19480 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19481 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19483 @kindex v b
19484 @pindex calc-build-vector
19485 @tindex cvec
19486 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19487 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19488 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19489 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19490 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19491 to build a matrix of copies of that row.)
19493 @kindex v h
19494 @kindex I v h
19495 @pindex calc-head
19496 @pindex calc-tail
19497 @tindex head
19498 @tindex tail
19499 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19500 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19501 function returns the vector with its first element removed.  In both
19502 cases, the argument must be a non-empty vector.
19504 @kindex v k
19505 @pindex calc-cons
19506 @tindex cons
19507 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19508 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19509 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19510 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19511 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19513 @kindex H v h
19514 @tindex rhead
19515 @ignore
19516 @mindex @idots
19517 @end ignore
19518 @kindex H I v h
19519 @ignore
19520 @mindex @null
19521 @end ignore
19522 @kindex H v k
19523 @ignore
19524 @mindex @null
19525 @end ignore
19526 @tindex rtail
19527 @ignore
19528 @mindex @null
19529 @end ignore
19530 @tindex rcons
19531 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19532 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19533 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19534 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19535 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19536 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19537 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19539 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19540 @section Extracting Vector Elements
19542 @noindent
19543 @kindex v r
19544 @pindex calc-mrow
19545 @tindex mrow
19546 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19547 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19548 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19549 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19550 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19551 form of a vector or scalar, respectively.
19553 @cindex Permutations, applying
19554 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19555 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19556 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19557 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19558 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19559 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19561 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19562 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19563 submatrix is returned.
19565 @cindex Subscript notation
19566 @kindex a _
19567 @pindex calc-subscript
19568 @tindex subscr
19569 @tindex _
19570 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19571 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19572 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @cite{x}, @cite{y}, or @cite{z} if
19573 @cite{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19574 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19575 access the element at row @cite{i}, column @cite{j} of a matrix.
19576 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19577 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19578 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19579 purely as an algebraic notation.)
19581 @tindex mrrow
19582 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19583 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19584 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19585 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19586 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19588 @tindex getdiag
19589 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19590 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19591 function is called @code{getdiag}.
19593 @kindex v c
19594 @pindex calc-mcol
19595 @tindex mcol
19596 @tindex mrcol
19597 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19598 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19599 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19600 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19601 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19602 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).@refill
19604 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19605 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19606 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19607 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @cite{i}, column @cite{j}
19608 of matrix @cite{m}.
19610 @kindex v s
19611 @pindex calc-subvector
19612 @tindex subvec
19613 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19614 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19615 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19616 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19617 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19618 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19619 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19620 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19622 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19623 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19624 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19625 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19626 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19627 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19628 has this effect when used as the ending index.
19630 @kindex I v s
19631 @tindex rsubvec
19632 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19633 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19634 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19635 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19636 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19638 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19639 vectors one element at a time.
19641 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19642 @section Manipulating Vectors
19644 @noindent
19645 @kindex v l
19646 @pindex calc-vlength
19647 @tindex vlen
19648 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19649 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19650 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19651 command.@refill
19653 @kindex H v l
19654 @tindex mdims
19655 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19656 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19657 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19658 its argument is a @c{$2\times3$}
19659 @asis{2x3} matrix.
19661 @kindex v f
19662 @pindex calc-vector-find
19663 @tindex find
19664 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19665 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19666 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19667 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19668 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19669 allows you to select any starting index for the search.
19671 @kindex v a
19672 @pindex calc-arrange-vector
19673 @tindex arrange
19674 @cindex Arranging a matrix
19675 @cindex Reshaping a matrix
19676 @cindex Flattening a matrix
19677 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19678 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19679 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19680 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19681 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19682 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19683 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19684 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19685 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19686 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19687 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19688 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a @c{$1\times4$}
19689 @asis{1x4} matrix), @kbd{v a 1} produces
19690 @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a @c{$4\times1$}
19691 @asis{4x1} matrix), @kbd{v a 2} produces
19692 @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original @c{$2\times2$}
19693 @asis{2x2} matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces
19694 @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a matrix), and @kbd{v a 0} produces
19695 the flattened list @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19697 @cindex Sorting data
19698 @kindex V S
19699 @kindex I V S
19700 @pindex calc-sort
19701 @tindex sort
19702 @tindex rsort
19703 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19704 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19705 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19706 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19707 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19708 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19709 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19710 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19711 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19712 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19713 alphabetical order by this command.
19715 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19717 @cindex Permutation, inverse of
19718 @cindex Inverse of permutation
19719 @cindex Index tables
19720 @cindex Rank tables
19721 @kindex V G
19722 @kindex I V G
19723 @pindex calc-grade
19724 @tindex grade
19725 @tindex rgrade
19726 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19727 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19728 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19729 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19730 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19731 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19732 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19733 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19734 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19735 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19736 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19737 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19738 table, just use @kbd{V G V G}.
19740 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19741 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19742 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19743 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19744 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19745 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19746 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19747 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19748 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19749 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19750 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19752 @cindex Histograms
19753 @kindex V H
19754 @pindex calc-histogram
19755 @ignore
19756 @mindex histo@idots
19757 @end ignore
19758 @tindex histogram
19759 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19760 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19761 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19762 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19763 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19764 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19765 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19766 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19767 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19768 input vector.)
19770 @kindex H V H
19771 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19772 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19773 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19774 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19775 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19776 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19778 @kindex v t
19779 @pindex calc-transpose
19780 @tindex trn
19781 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19782 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19783 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19784 a one-column matrix.
19786 @kindex v v
19787 @pindex calc-reverse-vector
19788 @tindex rev
19789 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{vec}] command reverses
19790 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19791 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19792 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19793 a matrix.)
19795 @kindex v m
19796 @pindex calc-mask-vector
19797 @tindex vmask
19798 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19799 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19800 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19801 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19802 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19803 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19804 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19805 @xref{Logical Operations}.
19807 @kindex v e
19808 @pindex calc-expand-vector
19809 @tindex vexp
19810 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19811 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19812 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19813 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19814 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19815 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19816 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19817 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19818 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19820 @kindex H v e
19821 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19822 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19823 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19824 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19825 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19826 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19827 interleave two vectors according to the mask:
19828 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19829 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19831 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19832 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19833 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19834 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19835 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19836 masking using vectors.
19838 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19839 @section Vector and Matrix Arithmetic
19841 @noindent
19842 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19843 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19844 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19845 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19846 @xref{Basic Arithmetic}.
19848 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19849 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19850 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19851 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.@refill
19853 @kindex V J
19854 @pindex calc-conj-transpose
19855 @tindex ctrn
19856 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19857 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19859 @ignore
19860 @mindex A
19861 @end ignore
19862 @kindex A (vectors)
19863 @pindex calc-abs (vectors)
19864 @ignore
19865 @mindex abs
19866 @end ignore
19867 @tindex abs (vectors)
19868 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19869 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19870 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19871 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19872 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19873 from that point to the origin.@refill
19875 @kindex v n
19876 @pindex calc-rnorm
19877 @tindex rnorm
19878 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19879 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19880 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19881 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19882 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19883 various rows.
19885 @kindex V N
19886 @pindex calc-cnorm
19887 @tindex cnorm
19888 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19889 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19890 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19891 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19892 General @cite{k}-norms for @cite{k} other than one or infinity are
19893 not provided.
19895 @kindex V C
19896 @pindex calc-cross
19897 @tindex cross
19898 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19899 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19900 exactly three elements.
19902 @ignore
19903 @mindex &
19904 @end ignore
19905 @kindex & (matrices)
19906 @pindex calc-inv (matrices)
19907 @ignore
19908 @mindex inv
19909 @end ignore
19910 @tindex inv (matrices)
19911 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19912 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19913 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19914 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
19915 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
19916 quickly in the future.
19918 If the argument to @kbd{&} is a plain number @cite{x}, this
19919 command simply computes @cite{1/x}.  This is okay, because the
19920 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
19921 by a matrix.
19923 @kindex V D
19924 @pindex calc-mdet
19925 @tindex det
19926 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
19927 determinant of a square matrix.
19929 @kindex V L
19930 @pindex calc-mlud
19931 @tindex lud
19932 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
19933 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
19934 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
19935 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
19936 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
19937 and the third is upper-triangular.
19939 @kindex V T
19940 @pindex calc-mtrace
19941 @tindex tr
19942 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
19943 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
19944 elements of the matrix.
19946 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
19947 @section Set Operations using Vectors
19949 @noindent
19950 @cindex Sets, as vectors
19951 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
19952 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
19953 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
19954 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
19955 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
19956 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
19957 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
19958 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
19959 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
19960 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
19961 the variables @samp{a} and @samp{b} both equalled 17, you might
19962 expect the answer @samp{[]}.
19964 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
19965 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
19966 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
19967 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
19968 there are variables or other non-real objects present in a real set,
19969 all set operations on it will be left in unevaluated form.
19971 If the input to a set operation is a plain number or interval form
19972 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
19973 The result is always a vector, except that if the set consists of a
19974 single interval, the interval itself is returned instead.
19976 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
19977 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @cite{A}
19978 is a subset of the set @cite{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
19980 @kindex V +
19981 @pindex calc-remove-duplicates
19982 @tindex rdup
19983 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
19984 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
19985 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
19986 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
19987 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
19988 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
19989 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
19990 them.
19992 @kindex V V
19993 @pindex calc-set-union
19994 @tindex vunion
19995 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
19996 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
19997 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
19998 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
19999 then using @kbd{V +}.)
20001 @kindex V ^
20002 @pindex calc-set-intersect
20003 @tindex vint
20004 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20005 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20006 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20007 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20008 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20009 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20010 notation for set union@c{ ($A \cup B$)}
20011 @asis{} and intersection@c{ ($A \cap B$)}
20012 @asis{}.
20014 @kindex V -
20015 @pindex calc-set-difference
20016 @tindex vdiff
20017 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20018 the difference between two sets.  An object is in the difference
20019 @cite{A - B} if and only if it is in @cite{A} but not in @cite{B}.
20020 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20021 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20022 as a general @dfn{set complement} operator; if @cite{A} is the set of
20023 all possible values, then @cite{A - B} is the ``complement'' of @cite{B}.
20024 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20025 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20026 enough to express in a few intervals).
20028 @kindex V X
20029 @pindex calc-set-xor
20030 @tindex vxor
20031 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20032 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20033 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20034 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20035 occur in both sets ``cancel out.''
20037 @kindex V ~
20038 @pindex calc-set-complement
20039 @tindex vcompl
20040 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20041 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20042 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20043 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20044 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20046 @kindex V F
20047 @pindex calc-set-floor
20048 @tindex vfloor
20049 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20050 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20051 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20052 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20053 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20054 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20055 the complement with respect to the set of integers you could type
20056 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20058 @kindex V E
20059 @pindex calc-set-enumerate
20060 @tindex venum
20061 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20062 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20063 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20064 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20065 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20067 @kindex V :
20068 @pindex calc-set-span
20069 @tindex vspan
20070 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20071 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20072 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20073 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20074 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20076 @kindex V #
20077 @pindex calc-set-cardinality
20078 @tindex vcard
20079 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20080 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20081 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20082 more efficient than actually producing that vector.
20084 @cindex Sets, as binary numbers
20085 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20086 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20087 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20088 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20089 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20090 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20091 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20092 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20093 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20094 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20095 convenient to you.
20097 @kindex b p
20098 @kindex b u
20099 @pindex calc-pack-bits
20100 @pindex calc-unpack-bits
20101 @tindex vpack
20102 @tindex vunpack
20103 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20104 converts an integer that represents a set in binary into a set
20105 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20106 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20107 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20108 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20109 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20110 (binary) prefix key.
20112 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20113 converts the other way, from a vector or interval representing
20114 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20115 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20116 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20117 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20118 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20119 representation (@c{$2^{100}$}
20120 @cite{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20122 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20123 @section Statistical Operations on Vectors
20125 @noindent
20126 @cindex Statistical functions
20127 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20128 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20129 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20130 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20131 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20132 Vetterling.
20134 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20135 a shifted letter or other character.
20137 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20138 (@code{calc-histogram}).
20140 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20141 least-squares fits to statistical data.
20143 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20144 probability distribution functions.
20146 @menu
20147 * Single-Variable Statistics::
20148 * Paired-Sample Statistics::
20149 @end menu
20151 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20152 @subsection Single-Variable Statistics
20154 @noindent
20155 These functions do various statistical computations on single
20156 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20157 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20158 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20159 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20160 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20161 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20163 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20164 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20165 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20166 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20168 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20169 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20170 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20171 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20172 of the computation, based on the assumption that the formula does
20173 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20174 error forms and interval forms are acceptable.
20176 Some of the functions in this section also accept a single error form
20177 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20178 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20179 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20180 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20181 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20182 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20183 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20184 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20185 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20187 @kindex u #
20188 @pindex calc-vector-count
20189 @tindex vcount
20190 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20191 computes the number of data values represented by the inputs.
20192 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20193 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20194 simply computes the length of the vector.
20196 @kindex u +
20197 @kindex u *
20198 @pindex calc-vector-sum
20199 @pindex calc-vector-prod
20200 @tindex vsum
20201 @tindex vprod
20202 @cindex Summations (statistical)
20203 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20204 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20205 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20206 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20207 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20208 (@pxref{Reducing and Mapping}).@refill
20210 @kindex u X
20211 @kindex u N
20212 @pindex calc-vector-max
20213 @pindex calc-vector-min
20214 @tindex vmax
20215 @tindex vmin
20216 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20217 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20218 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20219 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20220 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20221 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20222 plus or minus infinity.
20224 @kindex u M
20225 @pindex calc-vector-mean
20226 @tindex vmean
20227 @cindex Mean of data values
20228 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20229 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20230 If the inputs are error forms @c{$x$ @code{+/-} $\sigma$}
20231 @samp{x +/- s}, this is the weighted
20232 mean of the @cite{x} values with weights @c{$1 / \sigma^2$}
20233 @cite{1 / s^2}.
20234 @tex
20235 \turnoffactive
20236 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20237            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20238 @end tex
20239 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20240 values divided by the count of the values.@refill
20242 Note that a plain number can be considered an error form with
20243 error @c{$\sigma = 0$}
20244 @cite{s = 0}.  If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20245 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20246 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20247 above definitions it's clear that a plain number effectively
20248 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20249 weight is completely negligible.)
20251 This function also works for distributions (error forms or
20252 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @t{+/-} @var{b}' is simply
20253 @cite{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20254 and maximum values of the interval.
20256 @kindex I u M
20257 @pindex calc-vector-mean-error
20258 @tindex vmeane
20259 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20260 command computes the mean of the data points expressed as an
20261 error form.  This includes the estimated error associated with
20262 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20263 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20264 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20265 sum of the reciprocals of the variances.)
20266 @tex
20267 \turnoffactive
20268 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20269 @end tex
20270 If the inputs are plain
20271 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20272 divided by the square root of the number of values.  (This works
20273 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20274 then assuming each value's error is equal to this standard
20275 deviation.)@refill
20276 @tex
20277 \turnoffactive
20278 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20279 @end tex
20281 @kindex H u M
20282 @pindex calc-vector-median
20283 @tindex vmedian
20284 @cindex Median of data values
20285 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20286 command computes the median of the data values.  The values are
20287 first sorted into numerical order; the median is the middle
20288 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20289 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20290 The median function is different from the other functions in
20291 this section in that the arguments must all be real numbers;
20292 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20293 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20294 any of the input values are error forms, their error parts are
20295 ignored.
20297 The median function also accepts distributions.  For both normal
20298 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20299 the same as the mean.
20301 @kindex H I u M
20302 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20303 @tindex vhmean
20304 @cindex Harmonic mean
20305 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20306 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20307 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20308 of the values.
20309 @tex
20310 \turnoffactive
20311 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20312 @end tex
20314 @kindex u G
20315 @pindex calc-vector-geometric-mean
20316 @tindex vgmean
20317 @cindex Geometric mean
20318 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20319 command computes the geometric mean of the data values.  This
20320 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20321 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20322 of the data values.
20323 @tex
20324 \turnoffactive
20325 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20326    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20327 @end tex
20329 @kindex H u G
20330 @tindex agmean
20331 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20332 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20333 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20334 mean, then repeating until the two values converge.
20335 @tex
20336 \turnoffactive
20337 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20338 @end tex
20340 @cindex Root-mean-square
20341 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20342 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20344 @kindex u S
20345 @pindex calc-vector-sdev
20346 @tindex vsdev
20347 @cindex Standard deviation
20348 @cindex Sample statistics
20349 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20350 computes the standard deviation@c{ $\sigma$}
20351 @asis{} of the data values.  If the
20352 values are error forms, the errors are used as weights just
20353 as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard deviation,
20354 whose value is the square root of the sum of the squares of the
20355 differences between the values and the mean of the @cite{N} values,
20356 divided by @cite{N-1}.
20357 @tex
20358 \turnoffactive
20359 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20360 @end tex
20362 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20363 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20364 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20365 limits, divided by @c{$\sqrt{12}$}
20366 @cite{sqrt(12)}.  The standard deviation of an
20367 integer interval is the same as the standard deviation of a vector
20368 of those integers.
20370 @kindex I u S
20371 @pindex calc-vector-pop-sdev
20372 @tindex vpsdev
20373 @cindex Population statistics
20374 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20375 command computes the @emph{population} standard deviation.
20376 It is defined by the same formula as above but dividing
20377 by @cite{N} instead of by @cite{N-1}.  The population standard
20378 deviation is used when the input represents the entire set of
20379 data values in the distribution; the sample standard deviation
20380 is used when the input represents a sample of the set of all
20381 data values, so that the mean computed from the input is itself
20382 only an estimate of the true mean.
20383 @tex
20384 \turnoffactive
20385 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20386 @end tex
20388 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20389 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20390 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20392 @kindex H u S
20393 @kindex H I u S
20394 @pindex calc-vector-variance
20395 @pindex calc-vector-pop-variance
20396 @tindex vvar
20397 @tindex vpvar
20398 @cindex Variance of data values
20399 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20400 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20401 commands compute the variance of the data values.  The variance
20402 is the square@c{ $\sigma^2$}
20403 @asis{} of the standard deviation, i.e., the sum of the
20404 squares of the deviations of the data values from the mean.
20405 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20407 @ignore
20408 @starindex
20409 @end ignore
20410 @tindex vflat
20411 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20412 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20413 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20414 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20416 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20417 @subsection Paired-Sample Statistics
20419 @noindent
20420 The functions in this section take two arguments, which must be
20421 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20422 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20423 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20424 the stack, which must be an @c{$N\times2$}
20425 @asis{Nx2} matrix of data values.  Once
20426 again, variable names can be used in place of actual vectors and
20427 matrices.
20429 @kindex u C
20430 @pindex calc-vector-covariance
20431 @tindex vcov
20432 @cindex Covariance
20433 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20434 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20435 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20436 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20437 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20438 and the mean of @var{y}, all divided by @cite{N-1}.  Note that
20439 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20440 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20441 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20442 are composed of error forms, the error for a given data point
20443 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20444 input errors.
20445 @tex
20446 \turnoffactive
20447 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20448 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20449     {\displaystyle {1 \over N-1}
20450                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20451      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20453 @end tex
20455 @kindex I u C
20456 @pindex calc-vector-pop-covariance
20457 @tindex vpcov
20458 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20459 command computes the population covariance, which is the same as the
20460 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @cite{N}
20461 instead of @cite{N-1}.
20463 @kindex H u C
20464 @pindex calc-vector-correlation
20465 @tindex vcorr
20466 @cindex Correlation coefficient
20467 @cindex Linear correlation
20468 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20469 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20470 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20471 product of their standard deviations.  (There is no difference
20472 between sample or population statistics here.)
20473 @tex
20474 \turnoffactive
20475 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20476 @end tex
20478 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20479 @section Reducing and Mapping Vectors
20481 @noindent
20482 The commands in this section allow for more general operations on the
20483 elements of vectors.
20485 @kindex V A
20486 @pindex calc-apply
20487 @tindex apply
20488 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20489 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20490 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20491 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20492 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20493 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20494 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20496 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20497 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20499 @menu
20500 * Specifying Operators::
20501 * Mapping::
20502 * Reducing::
20503 * Nesting and Fixed Points::
20504 * Generalized Products::
20505 @end menu
20507 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20508 @subsection Specifying Operators
20510 @noindent
20511 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20512 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20513 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20514 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20515 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20516 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20517 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20518 element as its argument.)
20520 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20521 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20522 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20523 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20524 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20525 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20526 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20527 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20528 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20529 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20530 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20531 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20532 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20533 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20534 type @kbd{V M 3 v e}.
20536 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20537 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20538 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20539 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20540 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20541 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20542 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20543 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20544 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20545 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20547 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20548 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20549 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20550 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20551 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20552 entry interacts with the stack.)
20554 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20555 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20556 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20557 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20558 prompted for an argument list.
20560 @cindex Nameless functions
20561 @cindex Generic functions
20562 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20563 which means ``a function of two arguments that computes the first
20564 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20565 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20566 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20567 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20568 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20569 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20570 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20571 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20572 can get it back later if you wish.
20574 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20575 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20576 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20577 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20578 begins with a list of variables followed by a colon.)
20580 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20581 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20582 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20583 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20584 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20585 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20586 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20588 @cindex Lambda expressions
20589 @ignore
20590 @starindex
20591 @end ignore
20592 @tindex lambda
20593 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20594 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20595 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20596 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20597 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20598 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20599 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20601 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20602 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20603 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20604 called.)
20606 @tindex add
20607 @tindex sub
20608 @ignore
20609 @mindex @idots
20610 @end ignore
20611 @tindex mul
20612 @ignore
20613 @mindex @null
20614 @end ignore
20615 @tindex div
20616 @ignore
20617 @mindex @null
20618 @end ignore
20619 @tindex pow
20620 @ignore
20621 @mindex @null
20622 @end ignore
20623 @tindex neg
20624 @ignore
20625 @mindex @null
20626 @end ignore
20627 @tindex mod
20628 @ignore
20629 @mindex @null
20630 @end ignore
20631 @tindex vconcat
20632 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20633 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20634 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20635 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20636 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20637 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20638 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20639 @code{vconcat}.@refill
20641 @ignore
20642 @starindex
20643 @end ignore
20644 @tindex call
20645 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20646 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20647 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20648 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20649 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20650 as @samp{x + 2y}).
20652 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20653 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20654 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20655 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20656 about it.)
20658 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20659 @subsection Mapping
20661 @noindent
20662 @kindex V M
20663 @pindex calc-map
20664 @tindex map
20665 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20666 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20667 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20668 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20669 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20670 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20671 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20672 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20673 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20674 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20675 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20676 be prompted for the number of arguments to use.@refill
20678 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20679 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20680 @cite{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20681 produce another @c{$3\times2$}
20682 @asis{3x2} matrix, @cite{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20684 @tindex mapr
20685 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20686 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20687 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20688 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20689 namely @cite{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20690 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20691 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20692 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20693 of the matrix to get a new matrix, @cite{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20695 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20696 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20697 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20698 their individual elements.
20700 @tindex mapc
20701 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20702 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20703 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20704 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20705 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20706 @cite{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20708 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20709 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20710 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20711 to type after @kbd{V M}.)
20713 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20714 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20715 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20716 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20717 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20718 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20720 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20721 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20722 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20723 column.
20725 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20726 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20727 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20728 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20729 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20730 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20731 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20732 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20733 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20734 mapped over the elements of each row.)
20736 @tindex mapa
20737 @tindex mapd
20738 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20739 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20740 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20741 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20742 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20743 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20744 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20745 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20747 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20748 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20749 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20750 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20752 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20753 @subsection Reducing
20755 @noindent
20756 @kindex V R
20757 @pindex calc-reduce
20758 @tindex reduce
20759 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20760 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20761 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20762 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20763 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20764 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20765 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20766 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20768 @kindex I V R
20769 @tindex rreduce
20770 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20771 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20772 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20773 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20774 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20775 in power series expansions.
20777 @kindex V U
20778 @tindex accum
20779 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20780 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20781 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20782 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20783 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20784 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20786 @kindex I V U
20787 @tindex raccum
20788 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20789 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20790 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20792 @tindex reducea
20793 @tindex rreducea
20794 @tindex reduced
20795 @tindex rreduced
20796 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20797 example, given the matrix @cite{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20798 compute @cite{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20799 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20800 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20801 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20802 matrix would produce @cite{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20803 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @cite{[a + d,
20804 b + e, c + f]}.
20806 @tindex reducer
20807 @tindex rreducer
20808 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20809 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20810 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20811 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20812 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20813 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20814 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20816 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20817 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20819 @tindex reducec
20820 @tindex rreducec
20821 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20822 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20824 The commands @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are equivalent to typing
20825 @kbd{M-# r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20826 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20827 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20829 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20830 @subsection Nesting and Fixed Points
20832 @noindent
20833 @kindex H V R
20834 @tindex nest
20835 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20836 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20837 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20838 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20839 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20840 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20841 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20843 @kindex H V U
20844 @tindex anest
20845 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20846 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20847 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20848 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20849 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20851 @kindex H I V R
20852 @tindex fixp
20853 @cindex Fixed points
20854 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20855 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20856 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20857 no longer changes.
20859 @kindex H I V U
20860 @tindex afixp
20861 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20862 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20863 the last element will be the final result that would have been returned
20864 by @code{fixp}.
20866 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20867 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20868 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20869 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20870 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20871 to converge to 0.739085.)
20873 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20874 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20875 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20876 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20877 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
20878 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20879 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20881 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20882 the function until two successive results are equal to within the
20883 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20884 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20885 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20886 applied until two successive results are exactly the same formula.
20887 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20888 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20890 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20891 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20892 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20893 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20894 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20895 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20896 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20897 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20898 exactly equal.)
20900 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
20901 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
20902 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
20903 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
20905 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
20906 @subsection Generalized Products
20908 @kindex V O
20909 @pindex calc-outer-product
20910 @tindex outer
20911 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
20912 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
20913 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
20914 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
20915 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
20916 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
20917 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
20919 @kindex V I
20920 @pindex calc-inner-product
20921 @tindex inner
20922 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
20923 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
20924 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
20925 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
20926 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
20927 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
20928 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
20929 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
20930 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
20931 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
20932 generalized dot product.
20934 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
20935 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
20936 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
20937 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
20938 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
20940 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
20941 @section Vector and Matrix Display Formats
20943 @noindent
20944 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
20945 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
20946 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
20947 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
20948 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
20949 @pxref{Normal Language Modes}.
20951 @kindex V <
20952 @pindex calc-matrix-left-justify
20953 @kindex V =
20954 @pindex calc-matrix-center-justify
20955 @kindex V >
20956 @pindex calc-matrix-right-justify
20957 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
20958 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
20959 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
20960 are justified to the left, right, or center of their columns.@refill
20962 @kindex V [
20963 @pindex calc-vector-brackets
20964 @kindex V @{
20965 @pindex calc-vector-braces
20966 @kindex V (
20967 @pindex calc-vector-parens
20968 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
20969 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
20970 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
20971 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
20972 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
20973 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
20974 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
20975 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
20976 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
20977 and parentheses may never be used for this purpose.@refill
20979 @kindex V ]
20980 @pindex calc-matrix-brackets
20981 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
20982 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
20983 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
20984 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
20985 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
20986 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
20987 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
20988 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
20990 @example
20991 @group
20992 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
20993   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
20994   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
20996          RO                        ROC
20998 @end group
20999 @end example
21000 @noindent
21001 @example
21002 @group
21003   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21004      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21005      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21007           O                        OC
21009 @end group
21010 @end example
21011 @noindent
21012 @example
21013 @group
21014   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21015   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21016   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21018           R                       @r{blank}
21019 @end group
21020 @end example
21022 @noindent
21023 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21024 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21025 the others are useful for display only.
21027 @kindex V ,
21028 @pindex calc-vector-commas
21029 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21030 off in vector and matrix display.@refill
21032 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21033 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21034 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21035 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21036 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21037 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21038 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21039 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21040 give to @kbd{v ]} (as described above).
21042 @kindex V .
21043 @pindex calc-full-vectors
21044 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21045 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21046 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21047 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21048 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21049 When very large vectors are involved this will substantially
21050 improve Calc's display speed.
21052 @kindex t .
21053 @pindex calc-full-trail-vectors
21054 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21055 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21056 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21057 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21058 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21059 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21060 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21061 that involve the trail.
21063 @kindex V /
21064 @pindex calc-break-vectors
21065 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21066 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21067 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21068 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21069 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21070 vectors will still use the normal linear form.
21072 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21073 @chapter Algebra
21075 @noindent
21076 This section covers the Calc features that help you work with
21077 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21078 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21079 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21080 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21081 is discussed.
21083 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21084 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21085 for anything else'') prefix.
21087 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21088 using regular Emacs editing commands.@refill
21090 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21091 modes to be helpful, including algebraic-simplification mode (@kbd{m A})
21092 or no-simplification mode (@kbd{m O}),
21093 algebraic-entry mode (@kbd{m a}), fraction mode (@kbd{m f}), and
21094 symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21095 of these modes.  You may also wish to select ``big'' display mode (@kbd{d B}).
21096 @xref{Normal Language Modes}.@refill
21098 @menu
21099 * Selecting Subformulas::
21100 * Algebraic Manipulation::
21101 * Simplifying Formulas::
21102 * Polynomials::
21103 * Calculus::
21104 * Solving Equations::
21105 * Numerical Solutions::
21106 * Curve Fitting::
21107 * Summations::
21108 * Logical Operations::
21109 * Rewrite Rules::
21110 @end menu
21112 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21113 @section Selecting Sub-Formulas
21115 @noindent
21116 @cindex Selections
21117 @cindex Sub-formulas
21118 @cindex Parts of formulas
21119 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21120 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21121 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21122 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21123 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21124 surrounding part of the stack entry alone.
21126 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21127 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21128 ``sub-formula'' of the vector.
21130 @menu
21131 * Making Selections::
21132 * Changing Selections::
21133 * Displaying Selections::
21134 * Operating on Selections::
21135 * Rearranging with Selections::
21136 @end menu
21138 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21139 @subsection Making Selections
21141 @noindent
21142 @kindex j s
21143 @pindex calc-select-here
21144 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21145 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21146 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21147 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21148 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21149 display mode but is perhaps easiest in ``big'' (@kbd{d B}) mode.
21150 Suppose you enter the following formula:
21152 @smallexample
21153 @group
21154            3    ___
21155     (a + b)  + V c
21156 1:  ---------------
21157         2 x + 1
21158 @end group
21159 @end smallexample
21161 @noindent
21162 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21163 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21166 @smallexample
21167 @group
21168            .    ...
21169     .. . b.  . . .
21170 1*  ...............
21171         . . . .
21172 @end group
21173 @end smallexample
21175 @noindent
21176 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21177 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21178 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21179 obvious, but it might not always be.  If Embedded Mode is enabled,
21180 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21181 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21183 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21184 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21186 @smallexample
21187 @group
21188            .    ...
21189     (a + b)  . . .
21190 1*  ...............
21191         . . . .
21192 @end group
21193 @end smallexample
21195 @noindent
21196 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21197 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21198 formula that it encloses.  Putting the cursor on the the @samp{+} sign
21199 would have had the same effect.
21201 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21202 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21203 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21204 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21206 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21207 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21208 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21209 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21210 and so on.
21212 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21213 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21215 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21216 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21217 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21218 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21219 cursor on any stack entry.
21221 @kindex j a
21222 @pindex calc-select-additional
21223 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21224 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21225 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21226 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21227 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21228 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21230 @kindex j o
21231 @pindex calc-select-once
21232 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21233 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21234 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21235 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21236 by the cursor.
21238 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21239 such that the next command involving selected stack entries will clear
21240 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21241 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21243 @kindex j S
21244 @kindex j O
21245 @pindex calc-select-here-maybe
21246 @pindex calc-select-once-maybe
21247 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21248 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21249 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21250 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21251 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21252 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21253 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21254 commands.@refill
21256 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21257 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21258 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21259 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21260 entire four-term sum.
21262 @kindex j b
21263 @pindex calc-break-selections
21264 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21265 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21266 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21267 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21268 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21269 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21270 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21271 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21272 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21273 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21274 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21275 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21277 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21278 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21279 you get.
21281 @kindex j u
21282 @pindex calc-unselect
21283 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21284 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21285 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21286 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21287 position.
21289 @kindex j c
21290 @pindex calc-clear-selections
21291 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21292 stack elements.
21294 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21295 @subsection Changing Selections
21297 @noindent
21298 @kindex j m
21299 @pindex calc-select-more
21300 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21301 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21302 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21304 @smallexample
21305 @group
21306            3    ...                3    ___                3    ___
21307     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21308 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21309         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21310 @end group
21311 @end smallexample
21313 @noindent
21314 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21315 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21316 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21318 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21319 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21320 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21321 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21322 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21324 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21325 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21326 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21327 is not on any stack element operates on the top stack element.
21329 @kindex j l
21330 @pindex calc-select-less
21331 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21332 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21333 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21334 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21335 current selection, the command de-selects the formula.
21337 @kindex j 1-9
21338 @pindex calc-select-part
21339 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21340 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21341 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21342 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21343 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21344 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21345 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21346 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21348 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21349 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21350 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21351 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21352 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.@refill
21354 @kindex j n
21355 @kindex j p
21356 @pindex calc-select-next
21357 @pindex calc-select-previous
21358 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21359 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21360 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21361 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21362 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21363 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21364 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21365 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21366 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21367 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21369 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21370 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21371 arguments to move several steps at a time.
21373 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21374 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21375 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21376 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21377 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21378 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21379 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21380 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21381 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21383 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21384 @subsection Displaying Selections
21386 @noindent
21387 @kindex j d
21388 @pindex calc-show-selections
21389 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21390 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21391 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21392 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21393 by @samp{#} signs:
21395 @smallexample
21396 @group
21397            3    ...                  #    ___
21398     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21399 1*  ...............       1*  ---------------
21400         . . . .                   2 x + 1
21401 @end group
21402 @end smallexample
21404 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21405 @subsection Operating on Selections
21407 @noindent
21408 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21409 on the stack will operate on the selected portions of the items
21410 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21411 at once, though there can be only one selection at a time in any
21412 given stack element.)
21414 @kindex j e
21415 @pindex calc-enable-selections
21416 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21417 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21418 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21419 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21420 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21421 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21423 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21424 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21425 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21426 element.
21428 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21429 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21430 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21431 the selected portion of the formula, returning the old selected
21432 portion to the top of the stack.
21434 @smallexample
21435 @group
21436            3    ...                    ...                    ___
21437     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21438 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21439         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21441                                     3                      3
21442 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21443 @end group
21444 @end smallexample
21446 In this example we select a sub-formula of our original example,
21447 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21448 the complete, edited formula.
21450 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21451 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21453 @kindex j '
21454 @pindex calc-enter-selection
21455 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21456 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21457 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21458 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21459 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21460 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21461 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21462 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21463 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21465 @kindex j `
21466 @pindex calc-edit-selection
21467 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21468 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21469 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21470 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21472 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21473 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21474 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21475 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21477 @smallexample
21478 @group
21479               ###
21480     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21481 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21482        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21483 @end group
21484 @end smallexample
21486 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21487 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21488 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21489 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21490 and resimplifies.
21492 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21493 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21494 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21496 @kindex j @key{DEL}
21497 @pindex calc-del-selection
21498 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21499 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21500 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21501 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21502 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21504 @kindex j @key{RET}
21505 @pindex calc-grab-selection
21506 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21507 command.)
21509 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21510 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21511 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21512 press @kbd{Q} to take the square root.
21514 @smallexample
21515 @group
21516      .. .           .. .           .. .             .. .
21517 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21518     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21519                                                  V 4 - 2 x
21520 @end group
21521 @end smallexample
21523 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21524 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21525 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21526 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21527 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21528 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21529 the command will abort with an error message.
21531 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21532 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21533 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21534 (@code{calc-change-sign}).@refill
21536 @smallexample
21537 @group
21538        .. .                .. .
21539 1*  ..........      1*  ...........
21540      .........           ..........
21541     . . . 2 x           . . . -2 x
21542 @end group
21543 @end smallexample
21545 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21546 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21547 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21548 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21549 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21550 to be simplified.
21552 @smallexample
21553 @group
21554        17 y                17 y
21555 1:  -----------     1:  ----------
21556      __________          _________
21557     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21558 @end group
21559 @end smallexample
21561 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21562 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21564 @noindent
21565 @kindex j R
21566 @pindex calc-commute-right
21567 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21568 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21569 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21570 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21572 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21573 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21574 in this section share this property.  In this example, we place the
21575 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21577 @smallexample
21578 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21579 @end smallexample
21581 @noindent
21582 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21583 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21584 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21585 mathematical meaning of the formula.
21587 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21588 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21589 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21590 course be drastically changed.
21592 @smallexample
21593 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21595 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21596 @end smallexample
21598 @kindex j L
21599 @pindex calc-commute-left
21600 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21601 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21603 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21604 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21605 term left or right past the end of its enclosing formula.
21606 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21607 selected term as far as possible in the given direction.
21609 @kindex j D
21610 @pindex calc-sel-distribute
21611 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21612 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21613 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21614 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21615 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21616 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21617 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21618 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21620 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21621 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21622 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21623 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21624 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21625 times to expand at once; the default is one time only.
21627 @vindex DistribRules
21628 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21629 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21630 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21631 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21632 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{M-# M-#}
21633 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21634 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21636 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21637 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21638 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21639 @xref{Operations on Variables}.
21641 @kindex j M
21642 @pindex calc-sel-merge
21643 @vindex MergeRules
21644 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21645 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21646 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21647 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21648 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21649 the relevant rules.
21651 @kindex j C
21652 @pindex calc-sel-commute
21653 @vindex CommuteRules
21654 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21655 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21656 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21657 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21658 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21659 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21660 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21661 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21662 in the variable @code{CommuteRules}.
21664 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21665 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21666 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21667 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21668 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21669 manipulations described in this section.
21671 @kindex j N
21672 @pindex calc-sel-negate
21673 @vindex NegateRules
21674 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21675 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21676 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21677 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21678 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21679 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21680 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21681 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21683 @kindex j &
21684 @pindex calc-sel-invert
21685 @vindex InvertRules
21686 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21687 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21688 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21689 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21691 @kindex j E
21692 @pindex calc-sel-jump-equals
21693 @vindex JumpRules
21694 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21695 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21696 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21697 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21698 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21699 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21701 @kindex j I
21702 @kindex H j I
21703 @pindex calc-sel-isolate
21704 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21705 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21706 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21707 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21708 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21709 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21710 as well as equations.
21712 @kindex j *
21713 @kindex j /
21714 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21715 @pindex calc-sel-div-both-sides
21716 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21717 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21718 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21719 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21720 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21721 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21722 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21723 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21725 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21726 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21727 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21728 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21729 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21730 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21731 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21732 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21733 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21734 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21735 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21736 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21737 initial expansion is not necessary because Calc's default
21738 simplifications will not notice the potential cancellation.
21740 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21741 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21742 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21743 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21744 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21745 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21746 will be, it will assume it is positive and display a warning
21747 message.
21749 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21750 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21751 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21752 back by the formula.
21754 @kindex j +
21755 @kindex j -
21756 @pindex calc-sel-add-both-sides
21757 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21758 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21759 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21760 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21761 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21762 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21763 results.
21765 @kindex j U
21766 @pindex calc-sel-unpack
21767 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21768 selected function call with its argument.  For example, given
21769 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21770 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21771 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21772 now to take the cosine of the selected part.)
21774 @kindex j v
21775 @pindex calc-sel-evaluate
21776 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21777 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21778 These are the simplifications that are normally done automatically
21779 on all results, but which may have been partially inhibited by
21780 previous selection-related operations, or turned off altogether
21781 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21782 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21784 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21785 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21786 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21787 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21788 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21789 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21790 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21791 sub-formula.
21793 @kindex j "
21794 @pindex calc-sel-expand-formula
21795 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21796 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21798 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21799 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21801 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21802 @section Algebraic Manipulation
21804 @noindent
21805 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21806 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21807 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21808 formula).
21810 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21811 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21812 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21813 from the second-to-top stack level.
21815 @kindex a v
21816 @pindex calc-alg-evaluate
21817 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21818 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21819 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21820 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21821 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21822 command.  @xref{Simplification Modes}.
21824 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21825 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21826 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21828 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21829 as if in algebraic simplification mode.  This is equivalent to typing
21830 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21831 of 3 or more, it uses extended simplification mode (@kbd{a e}).
21833 If you give a negative prefix argument @i{-1}, @i{-2}, or @i{-3},
21834 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21835 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21836 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21837 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21838 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21839 in no-simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21840 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21841 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21843 @tindex evalv
21844 @tindex evalvn
21845 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21846 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21847 disables symbolic (@kbd{m s}) mode during the evaluation, corresponds
21848 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21849 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21850 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21851 it as a temporary different working precision.)
21853 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21854 as an optional second argument.  This argument can be either an
21855 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21856 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21857 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21858 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21859 result will as usual be rounded back down to the current precision
21860 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21861 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21862 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21863 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21864 will return @samp{9.2654e-5}.
21866 @kindex a "
21867 @pindex calc-expand-formula
21868 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21869 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21870 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21871 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21872 and so are unaffected by this command.  One important class of
21873 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21874 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21875 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21876 distribution functions, most of the financial functions, and the
21877 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21878 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21879 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21880 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21881 top-level function call.
21883 @kindex a M
21884 @pindex calc-map-equation
21885 @tindex mapeq
21886 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21887 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21888 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21889 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21890 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21891 @samp{x = y+1} and @cite{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21892 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21893 sides together and the righthand sides together to get the two
21894 respective sides of a new equation.
21896 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21897 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21898 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
21899 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
21900 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
21901 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
21902 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
21903 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
21904 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
21905 then simplify to get @samp{2 < b}.
21907 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
21908 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
21909 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
21910 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
21911 though this is not true for all values of the variables.
21913 @kindex H a M
21914 @tindex mapeqp
21915 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
21916 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
21917 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
21918 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
21919 fixing an inequality which was already incorrect.)
21921 @kindex I a M
21922 @tindex mapeqr
21923 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
21924 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
21925 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
21926 working with small positive angles.
21928 @kindex a b
21929 @pindex calc-substitute
21930 @tindex subst
21931 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
21932 all occurrences
21933 of some variable or sub-expression of an expression with a new
21934 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
21935 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
21936 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
21937 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
21938 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
21939 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
21940 doing substitutions.@refill
21942 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
21943 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
21944 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
21945 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
21946 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
21947 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
21948 target is taken from top-of-stack as usual.
21950 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
21951 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
21952 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
21953 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
21954 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
21955 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
21956 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
21957 these limitations.
21959 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
21960 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
21961 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
21962 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
21963 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
21965 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
21966 @section Simplifying Formulas
21968 @noindent
21969 @kindex a s
21970 @pindex calc-simplify
21971 @tindex simplify
21972 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
21973 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
21974 are not part of the default simplifications because they may be too slow
21975 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
21976 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
21977 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
21978 simplified to @samp{x}.
21980 The sections below describe all the various kinds of algebraic
21981 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
21982 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
21983 they simply apply certain specific rules to put formulas into
21984 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
21985 must be done manually, usually with a combination of selections
21986 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
21987 @xref{Rewrite Rules}.
21989 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
21990 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
21991 simplifications'' occur.
21993 @menu
21994 * Default Simplifications::
21995 * Algebraic Simplifications::
21996 * Unsafe Simplifications::
21997 * Simplification of Units::
21998 @end menu
22000 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22001 @subsection Default Simplifications
22003 @noindent
22004 @cindex Default simplifications
22005 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22006 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22007 @cite{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22008 simplifications automatically change @cite{x + x} to @cite{2 x}.
22010 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22011 @cite{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22012 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22013 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22014 back on.
22016 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22017 For example, @cite{2 + 3} is evaluated to @cite{5}, and @cite{@t{sqrt}(9)}
22018 is evaluated to @cite{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22019 to a function are somehow of the wrong type (@cite{@t{tan}([2,3,4])},
22020 range (@cite{@t{tan}(90)}), or number (@cite{@t{tan}(3,5)}), or if the
22021 function name is not recognized (@cite{@t{f}(5)}), or if ``symbolic''
22022 mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation (@cite{@t{sqrt}(2)}).
22024 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22025 simplifies the function itself.  Thus @cite{@t{sqrt}(5+4)} is
22026 simplified to @cite{@t{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22027 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22028 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22029 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22030 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22031 does not evaluate its lefthand argument.
22033 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22034 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22035 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22036 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22037 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22038 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22039 simplified first as part of the process, as described above).
22041 The default simplifications are too numerous to describe completely
22042 here, but this section will describe the ones that apply to the
22043 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22044 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22045 a serious user of Calc's algebra facilities.
22047 @tex
22048 \bigskip
22049 @end tex
22051 As well as the simplifications described here, if you have stored
22052 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22053 will also be applied before any built-in default simplifications.
22054 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22056 @tex
22057 \bigskip
22058 @end tex
22060 And now, on with the default simplifications:
22062 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22063 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22064 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22065 a left-associative form for sums, @cite{((a + b) + c) + d}, and
22066 a right-associative form for products, @cite{a * (b * (c * d))}.
22067 Formulas like @cite{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22068 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22069 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22070 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22071 their proper associative form will be written without parentheses
22072 in the examples below.
22074 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22075 commutative law (@cite{a + b} to @cite{b + a}) except in a few
22076 special cases described below.  Some algebra programs always
22077 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22078 see that @cite{a b + b a} can be simplified to @cite{2 a b}.
22079 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22080 and generally leaves that order alone, with the consequence
22081 that formulas like the above will only be simplified if you
22082 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22083 Simplifications}.
22085 Differences @cite{a - b} are treated like sums @cite{a + (-b)}
22086 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22087 is to rewrite @cite{a + (-b)} or @cite{(-b) + a}, where @cite{-b}
22088 represents a ``negative-looking'' term, into @cite{a - b} form.
22089 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22090 @cite{-x}, and products or quotients in which either term is
22091 negative-looking.
22093 Other simplifications involving negation are @cite{-(-x)} to @cite{x};
22094 @cite{-(a b)} or @cite{-(a/b)} where either @cite{a} or @cite{b} is
22095 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22096 @cite{a} or @cite{b} is any number, by negating that number;
22097 @cite{-(a + b)} to @cite{-a - b}, and @cite{-(b - a)} to @cite{a - b}.
22098 (This, and rewriting @cite{(-b) + a} to @cite{a - b}, are the only
22099 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22100 simplifications.)
22102 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22103 @cite{a x + b x} to @cite{(a + b) x}, where @cite{a} represents
22104 a number or an implicit 1 or @i{-1} (as in @cite{x} or @cite{-x})
22105 and similarly for @cite{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22106 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22107 using the distributive law.
22109 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22110 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @cite{a + b + b + c}
22111 is simplified to @cite{a + 2 b + c}, but @cite{a + b + c + b}
22112 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22113 sum with one another would require time proportional to the
22114 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22115 operations like this to commands that have to be invoked
22116 explicitly, like @kbd{a s}.
22118 Finally, @cite{a + 0} and @cite{0 + a} are simplified to @cite{a}.
22119 A consequence of the above rules is that @cite{0 - a} is simplified
22120 to @cite{-a}.
22122 @tex
22123 \bigskip
22124 @end tex
22126 The products @cite{1 a} and @cite{a 1} are simplified to @cite{a};
22127 @cite{(-1) a} and @cite{a (-1)} are simplified to @cite{-a};
22128 @cite{0 a} and @cite{a 0} are simplified to @cite{0}, except that
22129 in matrix mode where @cite{a} is not provably scalar the result
22130 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @cite{a} is
22131 infinite the result is @samp{nan}.
22133 Also, @cite{(-a) b} and @cite{a (-b)} are simplified to @cite{-(a b)},
22134 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22135 numbers.
22137 Products are commuted only to move numbers to the front:
22138 @cite{a b 2} is commuted to @cite{2 a b}.
22140 The product @cite{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22141 @cite{a} and at least one of @cite{b} and @cite{c} are numbers:
22142 @cite{2 (x + 3)} goes to @cite{2 x + 6}.  The formula
22143 @cite{(-a) (b - c)}, where @cite{-a} is a negative number, is
22144 rewritten to @cite{a (c - b)}.
22146 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22147 terms of the product: @cite{x^a x^b} goes to @c{$x^{a+b}$}
22148 @cite{x^(a+b)}
22149 where @cite{a} is a number, or an implicit 1 (as in @cite{x}),
22150 or the implicit one-half of @cite{@t{sqrt}(x)}, and similarly for
22151 @cite{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22152 if the sum of the powers is @cite{1/2} or @cite{-1/2}, respectively.
22153 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22154 @cite{1} or to @samp{idn(1)} if matrix mode is enabled.
22156 The product of a negative power times anything but another negative
22157 power is changed to use division:  @c{$x^{-2} y$}
22158 @cite{x^(-2) y} goes to @cite{y / x^2} unless matrix mode is
22159 in effect and neither @cite{x} nor @cite{y} are scalar (in which
22160 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22162 Finally, @cite{a (b/c)} is rewritten to @cite{(a b)/c}, and also
22163 @cite{(a/b) c} is changed to @cite{(a c)/b} unless in matrix mode.
22165 @tex
22166 \bigskip
22167 @end tex
22169 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22170 The quotient @cite{0 / x} is simplified to @cite{0}, with the same
22171 exceptions that were noted for @cite{0 x}.  Likewise, @cite{x / 1}
22172 and @cite{x / (-1)} are simplified to @cite{x} and @cite{-x},
22173 respectively.
22175 The quotient @cite{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22176 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22177 @xref{Infinite Mode}.
22179 The expression @c{$a / b^{-c}$}
22180 @cite{a / b^(-c)} is changed to @cite{a b^c},
22181 where @cite{-c} is any negative-looking power.  Also, @cite{1 / b^c}
22182 is changed to @c{$b^{-c}$}
22183 @cite{b^(-c)} for any power @cite{c}.
22185 Also, @cite{(-a) / b} and @cite{a / (-b)} go to @cite{-(a/b)};
22186 @cite{(a/b) / c} goes to @cite{a / (b c)}; and @cite{a / (b/c)}
22187 goes to @cite{(a c) / b} unless matrix mode prevents this
22188 rearrangement.  Similarly, @cite{a / (b:c)} is simplified to
22189 @cite{(c:b) a} for any fraction @cite{b:c}.
22191 The distributive law is applied to @cite{(a + b) / c} only if
22192 @cite{c} and at least one of @cite{a} and @cite{b} are numbers.
22193 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22194 described for multiplication.
22196 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22197 numerator and denominator.  In other words, @cite{a x b / a y b}
22198 is cancelled to @cite{x b / y b} but not to @cite{x / y}.  Once
22199 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22200 to cancel all terms of the quotient.
22202 Quotients of negative-looking values are simplified according
22203 to @cite{(-a) / (-b)} to @cite{a / b}, @cite{(-a) / (b - c)}
22204 to @cite{a / (c - b)}, and @cite{(a - b) / (-c)} to @cite{(b - a) / c}.
22206 @tex
22207 \bigskip
22208 @end tex
22210 The formula @cite{x^0} is simplified to @cite{1}, or to @samp{idn(1)}
22211 in matrix mode.  The formula @cite{0^x} is simplified to @cite{0}
22212 unless @cite{x} is a negative number or complex number, in which
22213 case the result is an infinity or an unsimplified formula according
22214 to the current infinite mode.  Note that @cite{0^0} is an
22215 indeterminate form, as evidenced by the fact that the simplifications
22216 for @cite{x^0} and @cite{0^x} conflict when @cite{x=0}.
22218 Powers of products or quotients @cite{(a b)^c}, @cite{(a/b)^c}
22219 are distributed to @cite{a^c b^c}, @cite{a^c / b^c} only if @cite{c}
22220 is an integer, or if either @cite{a} or @cite{b} are nonnegative
22221 real numbers.  Powers of powers @cite{(a^b)^c} are simplified to
22222 @c{$a^{b c}$}
22223 @cite{a^(b c)} only when @cite{c} is an integer and @cite{b c} also
22224 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22225 would not be safe because of problems with principal values.
22226 (In other words, @c{$((-3)^{1/2})^2$}
22227 @cite{((-3)^1:2)^2} is safe to simplify, but
22228 @c{$((-3)^2)^{1/2}$}
22229 @cite{((-3)^2)^1:2} is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform
22230 Calc that your variables satisfy these requirements.
22232 As a special case of this rule, @cite{@t{sqrt}(x)^n} is simplified to
22233 @c{$x^{n/2}$}
22234 @cite{x^(n/2)} only for even integers @cite{n}.
22236 If @cite{a} is known to be real, @cite{b} is an even integer, and
22237 @cite{c} is a half- or quarter-integer, then @cite{(a^b)^c} is
22238 simplified to @c{$@t{abs}(a^{b c})$}
22239 @cite{@t{abs}(a^(b c))}.
22241 Also, @cite{(-a)^b} is simplified to @cite{a^b} if @cite{b} is an
22242 even integer, or to @cite{-(a^b)} if @cite{b} is an odd integer,
22243 for any negative-looking expression @cite{-a}.
22245 Square roots @cite{@t{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22246 @c{$x^{1:2}$}
22247 @cite{x^1:2} for the purposes of the above-listed simplifications.
22249 Also, note that @c{$1 / x^{1:2}$}
22250 @cite{1 / x^1:2} is changed to @c{$x^{-1:2}$}
22251 @cite{x^(-1:2)},
22252 but @cite{1 / @t{sqrt}(x)} is left alone.
22254 @tex
22255 \bigskip
22256 @end tex
22258 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22259 following rules:  @cite{@t{idn}(a) + b} to @cite{a + b} if @cite{b}
22260 is provably scalar, or expanded out if @cite{b} is a matrix;
22261 @cite{@t{idn}(a) + @t{idn}(b)} to @cite{@t{idn}(a + b)};
22262 @cite{-@t{idn}(a)} to @cite{@t{idn}(-a)}; @cite{a @t{idn}(b)} to
22263 @cite{@t{idn}(a b)} if @cite{a} is provably scalar, or to @cite{a b}
22264 if @cite{a} is provably non-scalar; @cite{@t{idn}(a) @t{idn}(b)}
22265 to @cite{@t{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients
22266 involving @code{idn}; and @cite{@t{idn}(a)^n} to @cite{@t{idn}(a^n)}
22267 where @cite{n} is an integer.
22269 @tex
22270 \bigskip
22271 @end tex
22273 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22274 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22275 @cite{@t{floor}(@t{round}(x))} simplifies to @cite{@t{round}(x)}.
22276 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22277 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22278 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22280 The expression @cite{@t{abs}(-x)} changes to @cite{@t{abs}(x)}.
22281 The expression @cite{@t{abs}(@t{abs}(x))} changes to @cite{@t{abs}(x)};
22282 in fact, @cite{@t{abs}(x)} changes to @cite{x} or @cite{-x} if @cite{x}
22283 is provably nonnegative or nonpositive (@pxref{Declarations}).
22285 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22286 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22287 @cite{@t{arg}(@t{i})} and @cite{@t{arg}(-@t{i})} just for convenience.
22289 The expression @cite{@t{conj}(@t{conj}(x))} simplifies to @cite{x}.
22290 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22291 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22292 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22293 @cite{@t{conj}(a + b i)} is changed to @cite{@t{conj}(a) - @t{conj}(b) i},
22294 or to @cite{a - b i} if @cite{a} and @cite{b} are known to be real.
22296 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22297 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22298 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22299 described in the next section does provide some simplifications for
22300 these functions, though.
22302 One important simplification that does occur is that @cite{@t{ln}(@t{e})}
22303 is simplified to 1, and @cite{@t{ln}(@t{e}^x)} is simplified to @cite{x}
22304 for any @cite{x}.  This occurs even if you have stored a different
22305 value in the Calc variable @samp{e}; but this would be a bad idea
22306 in any case if you were also using natural logarithms!
22308 Among the logical functions, @t{(@var{a} <= @var{b})} changes to
22309 @t{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22310 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22311 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22312 @cite{!!x} to @cite{x}, this would not be valid in general because
22313 @cite{!!2} is 1, not 2.
22315 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22316 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22317 suitable numbers.
22319 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22320 @subsection Algebraic Simplifications
22322 @noindent
22323 @cindex Algebraic simplifications
22324 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22325 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22326 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22327 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22329 This section describes all simplifications that are performed by
22330 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22331 default simplifications; even if the default simplifications have
22332 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22333 back on temporarily while it simplifies the formula.
22335 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22336 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22337 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22338 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22339 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22340 the built-in rules described below.  If the result is different from
22341 the original expression, the process repeats with the default
22342 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22343 then the built-in simplifications, and so on.
22345 @tex
22346 \bigskip
22347 @end tex
22349 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22350 end of the sum, so that @cite{a + 2 + b} changes to @cite{a + b + 2}.
22351 The only exception is that a constant will not be commuted away
22352 from the first position of a difference, i.e., @cite{2 - x} is not
22353 commuted to @cite{-x + 2}.
22355 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22356 @cite{x + y + 2 x} to @cite{y + 3 x}.  This always occurs for
22357 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22358 non-adjacent ones.
22360 @tex
22361 \bigskip
22362 @end tex
22364 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22365 law.  For example, @cite{b c a} is commuted to @cite{a b c}.
22366 This allows easier comparison of products; for example, the default
22367 simplifications will not change @cite{x y + y x} to @cite{2 x y},
22368 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @cite{x y + x y},
22369 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22370 of identical terms.
22372 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22373 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22374 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22375 command uses the same ordering when sorting a vector.
22377 Sorting of terms of products is inhibited when matrix mode is
22378 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22379 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22381 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22382 terms, using the same method that the default simplifications
22383 use for adjacent terms of products.
22385 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22386 taken into account when terms of a product are being compared.
22387 Thus @cite{(x + y) (y + x)} will be simplified to @cite{(x + y)^2}.
22388 A subtle point is that @cite{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22389 be simplified to @cite{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22390 one term can be written as a constant times the other, even if
22391 that constant is @i{-1}.
22393 A fraction times any expression, @cite{(a:b) x}, is changed to
22394 a quotient involving integers:  @cite{a x / b}.  This is not
22395 done for floating-point numbers like @cite{0.5}, however.  This
22396 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22397 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22399 @tex
22400 \bigskip
22401 @end tex
22403 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22404 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22405 the distributive law.  For example, @cite{a x^2 b / c x^3 d} will
22406 cancel @cite{x^2} from both sides to get @cite{a b / c x d}.
22407 (The terms in the denominator will then be rearranged to @cite{c d x}
22408 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22409 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22410 for example, @cite{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @cite{(2 x + 3) / 4 x}.
22412 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22413 cancel the factor @cite{a} in @cite{(a x + a) / a^2} you could first
22414 use @kbd{j M} on the product @cite{a x} to Merge the numerator to
22415 @cite{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22417 @tex
22418 \bigskip
22419 @end tex
22421 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22422 to the identity @cite{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22423 than the complex number @cite{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22424 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22425 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22426 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22427 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22428 user might not have been thinking of.
22430 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22431 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22432 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22433 pulled out so that @cite{@t{sqrt}(8)} is rewritten as
22434 @c{$2\,\t{sqrt}(2)$}
22435 @cite{2 sqrt(2)}.  Conceptually speaking this implies factoring
22436 the argument into primes and moving pairs of primes out of the
22437 square root, but for reasons of efficiency Calc only looks for
22438 primes up to 29.
22440 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22441 numerator:  @cite{1 / @t{sqrt}(3)} changes to @cite{@t{sqrt}(3) / 3}.
22442 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22443 @cite{@t{sqrt}(2:3)} changes to @cite{@t{sqrt}(6) / 3}.
22445 @tex
22446 \bigskip
22447 @end tex
22449 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22450 when the modulus @cite{M} is a positive real number.  First, if
22451 the argument is of the form @cite{x + n} for some real number
22452 @cite{n}, then @cite{n} is itself reduced modulo @cite{M}.  For
22453 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22455 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22456 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22457 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22458 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22459 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22460 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22461 about modulo forms in the presence of declarations.
22463 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22464 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22465 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22466 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22467 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22468 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22469 declared to be an integer.
22471 @tex
22472 \bigskip
22473 @end tex
22475 Trigonometric functions are simplified in several ways.  First,
22476 @cite{@t{sin}(@t{arcsin}(x))} is simplified to @cite{x}, and
22477 similarly for @code{cos} and @code{tan}.  If the argument to
22478 @code{sin} is negative-looking, it is simplified to @cite{-@t{sin}(x)},
22479 and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  Finally, certain
22480 special values of the argument are recognized;
22481 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22483 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22484 functions can also be simplified, as in @cite{@t{sin}(@t{arccos}(x))}
22485 to @cite{@t{sqrt}(1 - x^2)}.
22487 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22488 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22489 hyperbolic functions.
22491 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22492 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22493 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22494 @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22495 @cite{x}, since this only correct within an integer multiple
22496 of @c{$2 \pi$}
22497 @cite{2 pi} radians or 360 degrees.  However,
22498 @cite{@t{arcsinh}(@t{sinh}(x))} is simplified to @cite{x} if
22499 @cite{x} is known to be real.
22501 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22502 are that @cite{@t{exp}(@t{ln}(x))}, @c{$@t{e}^{\ln(x)}$}
22503 @cite{e^@t{ln}(x)}, and
22504 @c{$10^{{\rm log10}(x)}$}
22505 @cite{10^@t{log10}(x)} all reduce to @cite{x}.
22506 Also, @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, etc., can reduce to @cite{x} if
22507 @cite{x} is provably real.  The form @cite{@t{exp}(x)^y} is simplified
22508 to @cite{@t{exp}(x y)}.  If @cite{x} is a suitable multiple of @c{$\pi i$}
22509 @cite{pi i}
22510 (as described above for the trigonometric functions), then @cite{@t{exp}(x)}
22511 or @cite{e^x} will be expanded.  Finally, @cite{@t{ln}(x)} is simplified
22512 to a form involving @code{pi} and @code{i} where @cite{x} is provably
22513 negative, positive imaginary, or negative imaginary.
22515 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22516 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22517 function.
22519 @tex
22520 \bigskip
22521 @end tex
22523 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22524 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22525 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22526 Non-constant multiplicative factors as in @cite{a b = a c} are
22527 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22528 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22529 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22530 sign is known.
22532 Simplification also replaces an equation or inequality with
22533 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22534 declarations.  If @cite{x} is declared to be an integer greater
22535 than 5, then @cite{x < 3}, @cite{x = 3}, and @cite{x = 7.5} are
22536 all simplified to 0, but @cite{x > 3} is simplified to 1.
22537 By a similar analysis, @cite{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22538 as is @cite{x^2 >= 0} if @cite{x} is known to be real.
22540 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22541 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22543 @noindent
22544 @cindex Unsafe simplifications
22545 @cindex Extended simplification
22546 @kindex a e
22547 @pindex calc-simplify-extended
22548 @ignore
22549 @mindex esimpl@idots
22550 @end ignore
22551 @tindex esimplify
22552 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22553 is like @kbd{a s}
22554 except that it applies some additional simplifications which are not
22555 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22556 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22557 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22558 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22559 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22560 ``for positive @cite{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22561 integration programs) will simply produce an unqualified result.@refill
22563 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22564 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22565 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22566 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22567 to any specific part of a formula.
22569 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22570 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22571 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22572 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22574 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22575 by @kbd{a e}.
22577 @tex
22578 \bigskip
22579 @end tex
22581 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22582 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22583 by @kbd{a e}.  For example, @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} changes
22584 to @cite{x}.  Also, @cite{@t{arcsin}(@t{cos}(x))} and
22585 @cite{@t{arccos}(@t{sin}(x))} both change to @cite{@t{pi}/2 - x}.
22586 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22587 values of @cite{x} in a certain range; outside that range, values
22588 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22589 functions always produce.
22591 Powers of powers @cite{(x^a)^b} are simplified to @c{$x^{a b}$}
22592 @cite{x^(a b)}
22593 for all @cite{a} and @cite{b}.  These results will be valid only
22594 in a restricted range of @cite{x}; for example, in @c{$(x^2)^{1:2}$}
22595 @cite{(x^2)^1:2}
22596 the powers cancel to get @cite{x}, which is valid for positive values
22597 of @cite{x} but not for negative or complex values.
22599 Similarly, @cite{@t{sqrt}(x^a)} and @cite{@t{sqrt}(x)^a} are both
22600 simplified (possibly unsafely) to @c{$x^{a/2}$}
22601 @cite{x^(a/2)}.
22603 Forms like @cite{@t{sqrt}(1 - @t{sin}(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22604 @cite{@t{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22605 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22607 Arguments of square roots are partially factored to look for
22608 squared terms that can be extracted.  For example,
22609 @cite{@t{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to @cite{a b @t{sqrt}(a+b)}.
22611 The simplifications of @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, @cite{@t{ln}(@t{e}^x)},
22612 and @cite{@t{log10}(10^x)} to @cite{x} are also unsafe because
22613 of problems with principal values (although these simplifications
22614 are safe if @cite{x} is known to be real).
22616 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22617 equation, even if those factors may be zero:  @cite{a x / b x}
22618 to @cite{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22619 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22620 @cite{a x < b x} to @cite{a < b} (or @cite{a > b}, depending
22621 on whether you believe @cite{x} is positive or negative).
22622 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22623 both sides of an inequality.
22625 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22626 @subsection Simplification of Units
22628 @noindent
22629 The simplifications described in this section are applied by the
22630 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22631 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22632 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22634 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22635 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22636 and @code{AlgSimpRules}.
22638 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22639 @xref{Matrix Mode}.
22641 Sums @cite{a + b} involving units are simplified by extracting the
22642 units of @cite{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22643 @cite{u_a}), then simplifying the expression @cite{b / u_a}
22644 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22645 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22646 in terms of the units @cite{u_a}.
22648 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22649 which the first argument is a number which is out of range for the
22650 leading unit are modified accordingly.
22652 When cancelling and combining units in products and quotients,
22653 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22654 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22655 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22656 are not combined in this way.
22658 Quotients @cite{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22659 if @cite{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22660 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22662 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22663 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22664 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22665 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22666 @samp{in / cm} will be replaced by @cite{2.54}.
22668 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22669 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22670 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22672 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22673 @cite{(a b)^c} to @cite{a^c b^c}, @cite{(a/b)^c} to @cite{a^c / b^c},
22674 and @cite{(a^b)^c} to @c{$a^{b c}$}
22675 @cite{a^(b c)} are done if the powers are
22676 real numbers.  (These are safe in the context of units because
22677 all numbers involved can reasonably be assumed to be real.)
22679 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22680 base units in that unit name all occur to powers which are a
22681 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22682 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22683 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22684 is simplified by noting that @cite{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22685 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22686 @code{m} is a multiple of 2 in @cite{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22687 replaced by approximately @c{$(4046 m^2)^{1.5}$}
22688 @cite{(4046 m^2)^1.5}, which is then
22689 changed to @c{$4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}$}
22690 @cite{4046^1.5 (m^2)^1.5}, then to @cite{257440 m^3}.
22692 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22693 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22694 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22695 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22696 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22697 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22699 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22700 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22701 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22702 with the angular mode temporarily set to radians.
22704 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22705 @section Polynomials
22707 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22708 various powers of a ``base'' variable.  For example, @cite{2 x^2 + 3 x - 4}
22709 is a polynomial in @cite{x}.  Some formulas can be considered
22710 polynomials in several different variables:  @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22711 is a polynomial in both @cite{x} and @cite{y}.  Polynomial coefficients
22712 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22713 involving the base variable.
22715 @kindex a f
22716 @pindex calc-factor
22717 @tindex factor
22718 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22719 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22720 @cite{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22721 example, @cite{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22722 @cite{(a + b) (c + d)}.
22724 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22725 linear in several variables, such as the second example above, are
22726 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22727 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22728 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22729 terms.  The first example above factors into three linear terms
22730 (@cite{x}, @cite{x+1}, and @cite{x+1} again).  Finally, formulas
22731 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22732 rewrite mechanism.
22734 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22735 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22736 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22737 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22738 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22739 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22740 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22741 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22742 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22743 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22744 version of Calc.)
22746 @vindex FactorRules
22747 @ignore
22748 @starindex
22749 @end ignore
22750 @tindex thecoefs
22751 @ignore
22752 @starindex
22753 @end ignore
22754 @ignore
22755 @mindex @idots
22756 @end ignore
22757 @tindex thefactors
22758 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22759 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22760 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22761 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22762 @cite{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22763 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22764 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22765 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22766 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22767 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22768 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22769 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22770 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22771 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22772 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22773 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22774 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22775 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22777 @kindex H a f
22778 @tindex factors
22779 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22780 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22781 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22782 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22783 @cite{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @cite{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22784 in @kbd{a f}, or to @cite{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22785 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22786 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22787 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @cite{x} with
22788 respect to the specific variable @cite{v}.  The default is to factor with
22789 respect to all the variables that appear in @cite{x}.
22791 @kindex a c
22792 @pindex calc-collect
22793 @tindex collect
22794 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22795 formula as a
22796 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22797 variable.  For example, given @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22798 the stack, @kbd{a c x} would produce @cite{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22799 and @kbd{a c y} would produce @cite{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22800 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22801 necessary:  Collecting @cite{x} in @cite{(x - 1)^3} produces
22802 @cite{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @cite{x} will
22803 not be expanded.
22805 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22806 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22807 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22808 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22809 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22811 @kindex a x
22812 @pindex calc-expand
22813 @tindex expand
22814 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22815 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22816 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22817 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22818 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22819 the partially expanded expression is left on the stack.
22821 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22822 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22823 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22824 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22825 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22826 also know many other kinds of expansions, such as
22827 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22828 do not do.)
22830 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22831 expansion.  For example, the first step in expanding @cite{(x+1)^3} is
22832 to write @cite{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22833 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22834 simplify it back to @cite{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22835 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22836 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22837 the way in one step.
22839 @kindex a a
22840 @pindex calc-apart
22841 @tindex apart
22842 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22843 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22844 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22845 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22846 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22847 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22848 chooses the base variable automatically.
22850 @kindex a n
22851 @pindex calc-normalize-rat
22852 @tindex nrat
22853 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22854 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22855 For example, given @cite{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22856 @cite{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22857 @kbd{a n} will simplify @cite{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22858 out the common factor @cite{x + 1}, yielding @cite{(x + 1) / (x - 1)}.
22860 @kindex a \
22861 @pindex calc-poly-div
22862 @tindex pdiv
22863 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
22864 two polynomials @cite{u} and @cite{v}, yielding a new polynomial
22865 @cite{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
22866 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
22867 with the largest power in @cite{u} first, or, in the case of equal
22868 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
22869 dividing @cite{x^2 + 3 x + 2} by @cite{x + 2} yields @cite{x + 1}.
22870 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
22871 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
22873 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
22874 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
22875 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
22876 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
22877 above.
22879 @kindex a %
22880 @pindex calc-poly-rem
22881 @tindex prem
22882 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
22883 two polynomials and keeps the remainder @cite{r}.  The quotient
22884 @cite{q} is discarded.  For any formulas @cite{a} and @cite{b}, the
22885 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @cite{a = q b + r}.
22886 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
22887 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
22889 @kindex a /
22890 @kindex H a /
22891 @pindex calc-poly-div-rem
22892 @tindex pdivrem
22893 @tindex pdivide
22894 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
22895 divides two polynomials and reports both the quotient and the
22896 remainder as a vector @cite{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
22897 command divides two polynomials and constructs the formula
22898 @cite{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
22899 this will immediately simplify to @cite{q}.)
22901 @kindex a g
22902 @pindex calc-poly-gcd
22903 @tindex pgcd
22904 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
22905 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
22906 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
22907 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
22908 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
22909 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
22910 definition of GCD ensures that this division can take place without
22911 leaving a remainder.)
22913 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
22914 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
22915 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
22916 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
22917 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
22918 automatically transforms this into a polynomial over the field of
22919 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
22921 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
22922 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
22923 polynomial routines used in the above commands.
22925 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
22926 extracting the individual coefficients of a polynomial.
22928 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
22929 @section Calculus
22931 @noindent
22932 The following calculus commands do not automatically simplify their
22933 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
22934 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
22935 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
22936 readable way.
22938 @menu
22939 * Differentiation::
22940 * Integration::
22941 * Customizing the Integrator::
22942 * Numerical Integration::
22943 * Taylor Series::
22944 @end menu
22946 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
22947 @subsection Differentiation
22949 @noindent
22950 @kindex a d
22951 @kindex H a d
22952 @pindex calc-derivative
22953 @tindex deriv
22954 @tindex tderiv
22955 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
22956 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
22957 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
22958 in the formula other than the specified differentiation variable are
22959 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
22960 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
22961 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
22962 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
22963 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
22964 are considered constant, as are variables that have been declared
22965 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
22967 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
22968 @var{n}th derivative.
22970 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
22971 radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
22972 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
22973 answer!
22975 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
22976 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
22977 of @cite{f} with respect to @cite{x}, evaluated at the point @c{$x=x_0$}
22978 @cite{x=x0}.
22980 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
22981 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
22982 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
22983 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
22984 derivative of @code{f}.
22986 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
22987 the functions according to their defining formulas unless you have
22988 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
22989 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
22990 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
22991 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
22992 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
22993 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
22995 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
22996 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
22997 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
22998 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
22999 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23000 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23001 argument once).@refill
23003 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23004 @subsection Integration
23006 @noindent
23007 @kindex a i
23008 @pindex calc-integral
23009 @tindex integ
23010 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23011 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23012 respect to a variable.  The integrator is not guaranteed to work for
23013 all integrable functions, but it is able to integrate several large
23014 classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational function
23015 (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.  (Rational functions
23016 don't have to be in explicit quotient form, however; @c{$x/(1+x^{-2})$}
23017 @cite{x/(1+x^-2)}
23018 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23019 @cite{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23020 @cite{x} and @cite{x^2} may appear in rational functions being
23021 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23022 hyperbolic functions can be integrated.
23024 @ifinfo
23025 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23026 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23027 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23028 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23029 integral from @code{a} to @code{b}.
23030 @end ifinfo
23031 @tex  
23032 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23033 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23034 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23035 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23036 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23037 @end tex
23039 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23040 produces results that are significantly more complex than they need to
23041 be.  For example, the integral Calc finds for @c{$1/(x+\sqrt{x^2+1})$}
23042 @cite{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23043 is several times more complicated than the answer Mathematica
23044 returns for the same input, although the two forms are numerically
23045 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23046 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23047 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23048 Calc's solution for @c{$1/(1+\tan x)$}
23049 @cite{1/(1+tan(x))} differs from the solution given
23050 in the @emph{CRC Math Tables} by a constant factor of @c{$\pi i / 2$}
23051 @cite{pi i / 2},
23052 due to a different choice of constant of integration.
23054 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23055 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23056 from degrees to radians mode, then they will be thrown out.  If you
23057 suspect this is not happening when it should, use the
23058 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23060 @vindex IntegLimit
23061 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23062 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23063 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23064 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23065 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23066 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23067 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23068 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23069 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23070 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23071 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23072 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23074 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23075 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23076 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23077 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23078 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23080 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23081 @subsection Customizing the Integrator
23083 @noindent
23084 @vindex IntegRules
23085 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23086 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23087 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23088 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23089 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23090 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23091 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23092 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23093 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23094 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23095 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23096 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23097 automatically made various transformations on the integral to allow it
23098 to use your rule; integral tables generally give rules for
23099 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23100 in your @code{IntegRules}.
23102 @cindex Exponential integral Ei(x)
23103 @ignore
23104 @starindex
23105 @end ignore
23106 @tindex Ei
23107 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23108 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23109 integral'' function @c{${\rm Ei}(x)$}
23110 @cite{Ei(x)} was invented to describe it.
23111 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23112 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23113 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23114 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23115 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23116 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23117 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23118 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23119 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23121 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23122 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23123 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23124 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23125 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23126 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23127 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23128 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23129 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still legal
23130 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23131 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23132 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23133 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23135 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23136 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23137 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23138 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23139 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23140 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23141 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23142 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23143 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23144 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23145 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23146 it need not be.
23148 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23149 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23150 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23151 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23152 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23153 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23154 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23155 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23156 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23157 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23158 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23159 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23160 own with the information it knows, then your substitution rule will
23161 work only in very specific, simple cases.
23163 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23164 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23165 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23166 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23167 forever!)
23169 @vindex IntegSimpRules
23170 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23171 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23172 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23173 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23174 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23176 One more way to influence the integrator is to define a function with
23177 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23178 integrator automatically expands such functions according to their
23179 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23180 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23181 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23182 do this.)
23184 @vindex IntegAfterRules
23185 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23186 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23187 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23188 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23189 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23190 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23191 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23192 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23193 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23194 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23195 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23196 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23197 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23198 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23199 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23200 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23201 @code{IntegSimpRules}.
23203 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23204 @subsection Numerical Integration
23206 @noindent
23207 @kindex a I
23208 @pindex calc-num-integral
23209 @tindex ninteg
23210 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23211 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23212 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23213 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23214 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23215 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23217 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23218 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23219 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23220 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23221 the Romberg method works especially well when the function being
23222 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23223 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23224 determine the value of the integral.
23226 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23227 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23228 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23229 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23230 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23231 well-behaved in the specified interval.
23233 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23234 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23235 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23236 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23237 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23238 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23239 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23241 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23242 @subsection Taylor Series
23244 @noindent
23245 @kindex a t
23246 @pindex calc-taylor
23247 @tindex taylor
23248 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23249 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23250 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23251 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23252 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23253 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23254 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23255 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23256 may appear to get fewer terms than you asked for.@refill
23258 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23259 function, you can get an approximation by integrating the function's
23260 Taylor series.
23262 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23263 @section Solving Equations
23265 @noindent
23266 @kindex a S
23267 @pindex calc-solve-for
23268 @tindex solve
23269 @cindex Equations, solving
23270 @cindex Solving equations
23271 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23272 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23273 expression of the form @cite{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23274 will rearrange @cite{y = 3x + 6} to the form, @cite{x = y/3 - 2}.  If the
23275 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23276 form @cite{X = 0}.
23278 This command also works for inequalities, as in @cite{y < 3x + 6}.
23279 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23280 be; for example, solving @c{$a < b \, c$}
23281 @cite{a < b c} for @cite{b} is impossible
23282 without knowing the sign of @cite{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23283 produce the result @c{$b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c$}
23284 @cite{b != a/c} (using the not-equal-to operator)
23285 to signify that the direction of the inequality is now unknown.  The
23286 inequality @c{$a \le b \, c$}
23287 @cite{a <= b c} is not even partially solved.
23288 @xref{Declarations}, for a way to tell Calc that the signs of the
23289 variables in a formula are in fact known.
23291 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23292 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @cite{x = y/3 - 2}
23293 to @cite{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23294 another formula with @cite{x} set equal to @cite{y/3 - 2}.
23296 @menu 
23297 * Multiple Solutions::
23298 * Solving Systems of Equations::
23299 * Decomposing Polynomials::
23300 @end menu
23302 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23303 @subsection Multiple Solutions
23305 @noindent
23306 @kindex H a S
23307 @tindex fsolve
23308 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23309 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23310 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23311 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23312 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23313 signs (either @i{+1} or @i{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23314 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23315 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23316 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23317 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23318 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23319 of these variables.
23321 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23322 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23323 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23324 think about it is that the square-root operation is really a
23325 two-valued function; since every Calc function must return a
23326 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23327 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23328 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23330 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23331 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23332 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23333 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23334 Calc will report @cite{y = 9} as a valid solution, which is true
23335 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23336 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23337 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23339 @cindex @code{GenCount} variable
23340 @vindex GenCount
23341 @ignore
23342 @starindex
23343 @end ignore
23344 @tindex an
23345 @ignore
23346 @starindex
23347 @end ignore
23348 @tindex as
23349 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23350 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23351 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23352 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23353 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23354 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23355 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23356 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23357 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23358 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23359 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23360 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23361 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23362 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23364 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23365 way to create or edit this variable.  Press @kbd{M-# M-#} to finish.
23367 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23368 in that variable is not a positive integer, the regular
23369 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23371 @kindex I a S
23372 @kindex H I a S
23373 @tindex finv
23374 @tindex ffinv
23375 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23376 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23377 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23378 For example, @kbd{I a S x} inverts @cite{2x + 6} to @cite{x/2 - 3}.
23379 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23380 fully general inverse, as described above.
23382 @kindex a P
23383 @pindex calc-poly-roots
23384 @tindex roots
23385 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23386 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23387 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23388 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23389 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23390 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23391 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23392 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23393 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23394 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23395 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23396 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23397 reported; @pxref{Declarations}.)
23399 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23400 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23401 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23402 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @cite{x^4}
23403 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23404 can be:  @cite{x^6 + x^3 + 1} is converted to @cite{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23405 which can be solved for @cite{x^3} using the quadratic equation, and then
23406 for @cite{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23407 @cite{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23408 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23409 list of numerical roots, however, provided that symbolic mode (@kbd{m s})
23410 is not turned on.  (If you work with symbolic mode on, recall that the
23411 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23412 formula on the stack with symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23413 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficents
23414 are all numbers (real or complex).
23416 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23417 @subsection Solving Systems of Equations
23419 @noindent
23420 @cindex Systems of equations, symbolic
23421 You can also use the commands described above to solve systems of
23422 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23423 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23424 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23425 at the prompt.)
23427 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23428 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23429 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23430 have the same length as the variables vector, and the variables
23431 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23432 are not always simplified as far as possible; the solution for
23433 @cite{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23434 command.
23436 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23437 time by solving one of the equations for that variable and then
23438 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23439 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23440 first tries to eliminate the first variable with the first
23441 equation, then the second variable with the second equation,
23442 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23443 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23444 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23445 nonlinear systems.
23447 @ignore
23448 @starindex
23449 @end ignore
23450 @tindex elim
23451 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23452 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23453 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23454 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23455 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23456 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23457 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23458 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23459 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23460 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23461 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23462 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23464 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23465 Calc simply eliminates those variables from the equations
23466 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23467 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23468 eliminated will reduce the number of equations in the system
23469 by one.
23471 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23472 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23473 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23474 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23475 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23476 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23477 variables you requested.)
23479 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23480 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23481 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23483 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23484 @subsection Decomposing Polynomials
23486 @noindent
23487 @ignore
23488 @starindex
23489 @end ignore
23490 @tindex poly
23491 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23492 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23493 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23494 @cite{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @cite{x},
23495 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23496 not involve the variable @cite{x}, the input is returned in a list
23497 of length one, representing a polynomial with only a constant
23498 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @cite{[0, 1]}.
23499 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23500 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @cite{[]}.
23501 Note also that @cite{x} may actually be any formula; for example,
23502 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @cite{[3, -1, 1]}.
23504 @cindex Coefficients of polynomial
23505 @cindex Degree of polynomial
23506 To get the @cite{x^k} coefficient of polynomial @cite{p}, use
23507 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @cite{p},
23508 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23509 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23510 gives the @cite{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23512 @ignore
23513 @starindex
23514 @end ignore
23515 @tindex gpoly
23516 One important feature of the solver is its ability to recognize
23517 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23518 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23519 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23520 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23521 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23522 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23523 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23524 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23525 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23526 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23527 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23528 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23529 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23530 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23531 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23532 is considered trivial.
23534 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23535 since the expanded form of this polynomial is @cite{4 - 4 x + x^2}.
23537 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23538 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23539 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23540 since a quadratic polynomial in @cite{x^2} is easier to solve than
23541 a quartic polynomial in @cite{x}.
23543 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23544 discover:
23546 @smallexample
23547 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23548 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23549 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23550 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23551 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23552 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23553 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23554 @end smallexample
23556 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23557 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23558 If this is @cite{n}, then only @var{c} vectors of length @cite{n+1}
23559 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23560 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23561 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23562 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23563 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23565 @ignore
23566 @starindex
23567 @end ignore
23568 @tindex pdeg
23569 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23570 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23571 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23572 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23573 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23574 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23575 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23576 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23577 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23578 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23579 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23580 (minus infinity).
23582 @ignore
23583 @starindex
23584 @end ignore
23585 @tindex plead
23586 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23587 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23588 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23589 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23590 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @cite{p = 0}.
23592 @ignore
23593 @starindex
23594 @end ignore
23595 @tindex pcont
23596 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23597 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23598 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23599 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23600 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23601 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23602 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23603 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23604 coefficient.
23606 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23607 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23608 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23609 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23610 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23611 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23612 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23613 denominators, as well as dividing by any common content in the
23614 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23615 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23617 @ignore
23618 @starindex
23619 @end ignore
23620 @tindex pprim
23621 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23622 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23623 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23624 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23625 terms.
23627 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23628 @section Numerical Solutions
23630 @noindent
23631 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23632 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23633 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23634 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23635 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23637 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23638 on numerical data.)
23640 @menu
23641 * Root Finding::
23642 * Minimization::
23643 * Numerical Systems of Equations::
23644 @end menu
23646 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23647 @subsection Root Finding
23649 @noindent
23650 @kindex a R
23651 @pindex calc-find-root
23652 @tindex root
23653 @cindex Newton's method
23654 @cindex Roots of equations
23655 @cindex Numerical root-finding
23656 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23657 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23658 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23659 of formula, it is interpreted as an equation of the form @cite{X = 0}.)
23661 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23662 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23663 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23664 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23665 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23666 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23667 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23668 this command.
23670 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23671 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23672 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23673 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23674 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23675 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23676 number may be slightly different from the value you would compute from
23677 the equation yourself.)
23679 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23680 the first element of the result vector, discarding the error term.
23682 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23683 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23684 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23685 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23686 to real numbers inside that interval.
23688 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23689 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23690 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23691 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23692 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23693 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23694 complex number, the function must be differentiable.
23696 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23697 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23698 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23699 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23700 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23701 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23703 @kindex H a R
23704 @tindex wroot
23705 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23706 that if the initial guess is an interval for which the function has
23707 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23708 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23709 you are not sure if the function has a root in your interval.
23711 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23712 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23713 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23714 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23715 require a bounding interval in order to work.)
23717 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23718 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23719 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23720 (@code{calc-why}) to get it back.
23722 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23723 @subsection Minimization
23725 @noindent
23726 @kindex a N
23727 @kindex H a N
23728 @kindex a X
23729 @kindex H a X
23730 @pindex calc-find-minimum
23731 @pindex calc-find-maximum
23732 @tindex minimize
23733 @tindex maximize
23734 @cindex Minimization, numerical
23735 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23736 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23737 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23738 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23739 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23740 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23741 value of the the variable which minimizes the formula's value, along
23742 with the minimum value itself.
23744 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23745 have more than one minimum; some, like @c{$x \sin x$}
23746 @cite{x sin(x)}, have infinitely
23747 many.  In fact, there is no easy way to define the ``global'' minimum
23748 of @c{$x \sin x$}
23749 @cite{x sin(x)} but Calc can still locate any particular local minimum
23750 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23751 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23752 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23754 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23755 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23756 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @cite{17 x}
23757 over @cite{[2..3]} will return @cite{[2, 38]}, but minimizing over
23758 @cite{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23759 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23760 range of @cite{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23761 any, that happens to lie in that range.
23763 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23764 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23765 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23766 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23767 answer.
23769 @ignore
23770 @mindex wmin@idots
23771 @end ignore
23772 @tindex wminimize
23773 @ignore
23774 @mindex wmax@idots
23775 @end ignore
23776 @tindex wmaximize
23777 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23778 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23779 that the minimum lie inside the interval you supply.
23781 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23782 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23783 negative of the formula you supply.
23785 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23786 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23787 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23788 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23789 be minimized over the reals.
23791 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
23792 @subsection Systems of Equations
23794 @noindent
23795 @cindex Systems of equations, numerical
23796 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23797 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23798 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23799 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23800 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23801 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23802 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23803 values that solved the system of equations, and the differences
23804 between the sides of the equations with those variable values.
23805 There must be the same number of equations as variables.  Since
23806 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23807 no effect when solving a system of equations.
23809 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23810 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23811 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23812 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23813 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23814 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23815 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23817 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23818 @section Curve Fitting
23820 @noindent
23821 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23822 such as @cite{y = m x + b} where @cite{m} and @cite{b} are parameters
23823 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23824 no single @cite{m} and @cite{b} that exactly fit the data; in this
23825 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23826 possible fit.
23828 @menu
23829 * Linear Fits::
23830 * Polynomial and Multilinear Fits::
23831 * Error Estimates for Fits::
23832 * Standard Nonlinear Models::
23833 * Curve Fitting Details::
23834 * Interpolation::
23835 @end menu
23837 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
23838 @subsection Linear Fits
23840 @noindent
23841 @kindex a F
23842 @pindex calc-curve-fit
23843 @tindex fit
23844 @cindex Linear regression
23845 @cindex Least-squares fits
23846 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
23847 to fit a set of data (@cite{x} and @cite{y} vectors of numbers) to a
23848 straight line, polynomial, or other function of @cite{x}.  For the
23849 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
23850 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
23851 fit for the data.
23853 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @cite{(x,y)}
23854 data points that we wish to fit to the model @cite{y = m x + b}
23855 by adjusting the parameters @cite{m} and @cite{b} to make the @cite{y}
23856 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
23857 @cite{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
23858 instead, say, @cite{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
23859 we have data points of the form @cite{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
23860 @cite{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
23862 In the model formula, variables like @cite{x} and @cite{x_2} are called
23863 the @dfn{independent variables}, and @cite{y} is the @dfn{dependent
23864 variable}.  Variables like @cite{m}, @cite{a}, and @cite{b} are called
23865 the @dfn{parameters} of the model.
23867 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
23868 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
23869 for a linear or polynomial fit, this would be a @c{$2\times N$}
23870 @asis{2xN} matrix where
23871 the first row is a list of @cite{x} values and the second row has the
23872 corresponding @cite{y} values.  For the multilinear fit shown above,
23873 the matrix would have four rows (@cite{x_1}, @cite{x_2}, @cite{x_3}, and
23874 @cite{y}, respectively).
23876 If you happen to have an @c{$N\times2$}
23877 @asis{Nx2} matrix instead of a @c{$2\times N$}
23878 @asis{2xN} matrix,
23879 just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
23881 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
23882 linear fit, press the digit @kbd{1}.
23884 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
23885 high letters like @cite{x} and @cite{y} for independent variables and
23886 low letters like @cite{a} and @cite{b} for parameters.  (The dependent
23887 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
23888 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
23889 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
23890 name only those and let the parameters use default names.
23892 For example, suppose the data matrix
23894 @ifinfo
23895 @example
23896 @group
23897 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
23898   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
23899 @end group
23900 @end example
23901 @end ifinfo
23902 @tex
23903 \turnoffactive
23904 \turnoffactive
23905 \beforedisplay
23906 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
23907              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
23909 \afterdisplay
23910 @end tex
23912 @noindent
23913 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
23914 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
23915 the default names.  The result will be the formula @cite{3 + 2 x}
23916 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
23917 then found the optimal values of @cite{a} and @cite{b} to fit the
23918 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
23919 substituted those values for @cite{a} and @cite{b} in the model
23920 formula.
23922 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
23923 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
23924 a vector of the actual parameter values, written as equations:
23925 @cite{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
23926 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
23927 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
23929 Specifying a different independent variable name will affect the
23930 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
23931 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
23932 the equations that go into the trail.
23934 @tex
23935 \bigskip
23936 @end tex
23938 To see what happens when the fit is not exact, we could change
23939 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
23940 The result is:
23942 @example
23943 2.6 + 2.2 x
23944 @end example
23946 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
23947 a reasonably close match to the y-values in the data.
23949 @example
23950 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
23951 @end example
23953 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
23954 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
23955 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
23956 error measure
23958 @ifinfo
23959 @example
23960 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
23961 @end example
23962 @end ifinfo
23963 @tex
23964 \turnoffactive
23965 \beforedisplay
23966 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
23967 \afterdisplay
23968 @end tex
23970 @noindent
23971 which is clearly zero if @cite{a + b x} exactly fits all data points,
23972 and increases as various @cite{a + b x_i} values fail to match the
23973 corresponding @cite{y_i} values.  There are several reasons why the
23974 summand is squared, one of them being to ensure that @c{$\chi^2 \ge 0$}
23975 @cite{chi^2 >= 0}.
23976 Least-squares fitting simply chooses the values of @cite{a} and @cite{b}
23977 for which the error @c{$\chi^2$}
23978 @cite{chi^2} is as small as possible.
23980 Other kinds of models do the same thing but with a different model
23981 formula in place of @cite{a + b x_i}.
23983 @tex
23984 \bigskip
23985 @end tex
23987 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
23988 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
23989 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
23990 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
23991 is always one independent variable and one dependent variable.
23993 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
23994 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @cite{x} values, and a
23995 vector of @cite{y} values.  If there is only one independent variable,
23996 the @cite{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
23997 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
23999 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24000 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24002 @noindent
24003 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24004 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24005 we could fit the original data matrix from the previous section
24006 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24007 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24009 @example
24010 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24011 @end example
24013 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24014 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24015 for @cite{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24016 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24017 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get fraction mode.
24018 Then the @cite{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24019 the data being fitted will be approximate floats so fraction mode
24020 won't help.)
24022 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24023 gives a much larger @cite{x^2} contribution, as Calc bends the
24024 line slightly to improve the fit.
24026 @example
24027 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24028 @end example
24030 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24031 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24032 of degree @i{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24033 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24034 a polynomial that exactly matches all five data points:
24036 @example
24037 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24038 @end example
24040 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24041 @cite{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24042 It is a good idea to increase the working precision to several
24043 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24044 Or, if your data are exact, use fraction mode to get exact
24045 results.
24047 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24048 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24049 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24050 automatically.
24052 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24053 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24054 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24055 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24056 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24057 command described below.  @xref{Interpolation}.
24059 @tex
24060 \bigskip
24061 @end tex
24063 Another generalization of the linear model is to assume the
24064 @cite{y} values are a sum of linear contributions from several
24065 @cite{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24066 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24067 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24069 Given the data matrix,
24071 @example
24072 @group
24073 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24074   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24075   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24076 @end group
24077 @end example
24079 @noindent
24080 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @cite{x} and the
24081 second row @cite{y}, and will fit the values in the third row to the
24082 model @cite{a + b x + c y}.
24084 @example
24085 8. + 3. x + 0.5 y
24086 @end example
24088 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24089 (i.e., with any number of data rows).
24091 @tex
24092 \bigskip
24093 @end tex
24095 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24096 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24097 means the model formula is simply @cite{a x}; in the multilinear
24098 case, the model might be @cite{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24099 case, the model could be @cite{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24100 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24101 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24103 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24104 like @cite{2.3 + a x} or @cite{a - 4 x}.  While there is no single
24105 key to select models like these, a later section shows how to enter
24106 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24107 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24109 Another class of models that will work but must be entered by hand
24110 are multinomial fits, e.g., @cite{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24112 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24113 @subsection Error Estimates for Fits
24115 @noindent
24116 @kindex H a F
24117 @tindex efit
24118 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24119 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24120 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24121 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24123 @example
24124 3. + 2. x
24125 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24126 @end example
24128 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24129 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24130 moderately small, because the data are still very close to linear.
24132 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24133 contain error forms.  The data values must either all include errors
24134 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24135 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24136 row contains error forms
24137 `@var{y_i}@w{ @t{+/-} }@c{$\sigma_i$}
24138 @var{sigma_i}', then the @c{$\chi^2$}
24139 @cite{chi^2}
24140 statistic is now,
24142 @ifinfo
24143 @example
24144 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24145 @end example
24146 @end ifinfo
24147 @tex
24148 \turnoffactive
24149 \beforedisplay
24150 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24151 \afterdisplay
24152 @end tex
24154 @noindent
24155 so that data points with larger error estimates contribute less to
24156 the fitting operation.
24158 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24159 errors for a given data point are combined; the square root of the
24160 sum of the squares of the errors forms the @c{$\sigma_i$}
24161 @cite{sigma_i} used for
24162 the data point.
24164 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24165 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24166 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24167 estimates.
24169 If the input contains error forms but all the @c{$\sigma_i$}
24170 @cite{sigma_i} values are
24171 the same, it is easy to see that the resulting fitted model will be
24172 the same as if the input did not have error forms at all (@c{$\chi^2$}
24173 @cite{chi^2}
24174 is simply scaled uniformly by @c{$1 / \sigma^2$}
24175 @cite{1 / sigma^2}, which doesn't affect
24176 where it has a minimum).  But there @emph{will} be a difference
24177 in the estimated errors of the coefficients reported by @kbd{H a F}.
24179 Consult any text on statistical modelling of data for a discussion
24180 of where these error estimates come from and how they should be
24181 interpreted.
24183 @tex
24184 \bigskip
24185 @end tex
24187 @kindex I a F
24188 @tindex xfit
24189 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24190 information.  The result is a vector of six items:
24192 @enumerate
24193 @item
24194 The model formula with error forms for its coefficients or
24195 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24196 produced.
24198 @item
24199 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24200 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24201 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24202 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @cite{d}, this vector
24203 will have length @cite{M = d+1} with the constant term first.
24205 @item
24206 The covariance matrix @cite{C} computed from the fit.  This is
24207 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24208 @c{$C_{jj}$}
24209 @cite{C_j_j} are the variances @c{$\sigma_j^2$}
24210 @cite{sigma_j^2} of the parameters.
24211 The other elements are covariances @c{$\sigma_{ij}^2$}
24212 @cite{sigma_i_j^2} that describe the
24213 correlation between pairs of parameters.  (A related set of
24214 numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} @c{$r_{ij}$}
24215 @cite{r_i_j},
24216 are defined as @c{$\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j$}
24217 @cite{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24219 @item
24220 A vector of @cite{M} ``parameter filter'' functions whose
24221 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24222 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24223 polynomial and multilinear fits described so far.
24225 @item
24226 The value of @c{$\chi^2$}
24227 @cite{chi^2} for the fit, calculated by the formulas
24228 shown above.  This gives a measure of the quality of the fit;
24229 statisticians consider @c{$\chi^2 \approx N - M$}
24230 @cite{chi^2 = N - M} to indicate a moderately good fit
24231 (where again @cite{N} is the number of data points and @cite{M}
24232 is the number of parameters).
24234 @item
24235 A measure of goodness of fit expressed as a probability @cite{Q}.
24236 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24237 function using @c{$\chi^2$}
24238 @cite{chi^2} with @cite{N - M} degrees of freedom.  A
24239 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24240 @cite{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24241 particular, @c{$\chi^2$}
24242 @cite{chi^2} statistics assume the errors in your inputs
24243 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24244 have to accept smaller values of @cite{Q}.
24246 The @cite{Q} value is computed only if the input included error
24247 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24248 for @cite{Q}.  The reason is that in this case the @c{$\chi^2$}
24249 @cite{chi^2}
24250 value has effectively been used to estimate the original errors
24251 in the input, and thus there is no redundant information left
24252 over to use for a confidence test.
24253 @end enumerate
24255 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24256 @subsection Standard Nonlinear Models
24258 @noindent
24259 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24260 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24261 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24263 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24265 @table @kbd
24266 @item 1
24267 Linear or multilinear.  @i{a + b x + c y + d z}.
24268 @item 2-9
24269 Polynomials.  @i{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24270 @item e
24271 Exponential.  @i{a} @t{exp}@i{(b x)} @t{exp}@i{(c y)}.
24272 @item E
24273 Base-10 exponential.  @i{a} @t{10^}@i{(b x)} @t{10^}@i{(c y)}.
24274 @item x
24275 Exponential (alternate notation).  @t{exp}@i{(a + b x + c y)}.
24276 @item X
24277 Base-10 exponential (alternate).  @t{10^}@i{(a + b x + c y)}.
24278 @item l
24279 Logarithmic.  @i{a + b} @t{ln}@i{(x) + c} @t{ln}@i{(y)}.
24280 @item L
24281 Base-10 logarithmic.  @i{a + b} @t{log10}@i{(x) + c} @t{log10}@i{(y)}.
24282 @item ^
24283 General exponential.  @i{a b^x c^y}.
24284 @item p
24285 Power law.  @i{a x^b y^c}.
24286 @item q
24287 Quadratic.  @i{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24288 @item g
24289 Gaussian.  @c{${a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)$}
24290 @i{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24291 @end table
24293 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24294 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24295 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24296 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24297 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24299 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24300 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24301 additive or multiplicative parameter shown as @cite{a} in the above table
24302 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24303 before the model key.
24305 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24306 the parameters slightly differently.  For example, @cite{a b^x} and
24307 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24308 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24309 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24310 matches the problem.
24312 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24313 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24314 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24315 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24316 @cite{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24317 @cite{b} is what it calls the ``slope.''
24319 @tex
24320 \bigskip
24321 @end tex
24323 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24324 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24325 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24326 will work, though---see the next section for details.)
24328 The model can also be an equation like @cite{y = m x + b}.
24329 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24330 equal terms; this model effectively has two parameters
24331 (@cite{m} and @cite{b}) and two independent variables (@cite{x}
24332 and @cite{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24333 do not need to take this @cite{y =} form.  For example, the
24334 implicit line equation @cite{a x + b y = 1} works fine as a
24335 model.
24337 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24338 the variables that appear in the model.  These are used for the
24339 default parameters, independent variables, and dependent variable
24340 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24341 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24342 and thus does not need a name.
24344 For example, if the model formula has the variables @cite{a,mu,sigma,t,x},
24345 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24346 Calc will use @cite{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24347 data rows will be named @cite{t} and @cite{x}, respectively.  If you
24348 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @cite{a,mu}
24349 as the parameters, and @cite{sigma,t,x} as the three independent
24350 variables.
24352 You can, of course, override these choices by entering something
24353 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24354 those variables must have stored values and those stored values will
24355 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24356 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24357 If you list only independent variables, all the remaining variables
24358 in the model formula will become parameters.
24360 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24361 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24362 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24363 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24364 a linear model.
24366 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24367 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24368 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24369 choose which variables in the formula are independent by default and
24370 which are parameters.
24372 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24373 two or three elements, @cite{[@var{model}, @var{vars}]} or
24374 @cite{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24375 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24376 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24377 those listed as @var{vars} are parameters.)@refill
24379 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24380 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24382 @tex
24383 \bigskip
24384 @end tex
24386 @vindex Model1
24387 @vindex Model2
24388 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24389 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24390 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24391 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24392 accept for a model on the stack.
24394 @tex
24395 \bigskip
24396 @end tex
24398 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24399 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24400 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24401 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24402 returns results in the range from @i{-90} to 90 degrees (or the
24403 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24404 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24405 so that the argument of the sine might go from zero to @c{$3\times360$}
24406 @i{3*360} degrees.
24407 The above model would appear to be a good way to determine the
24408 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24409 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24410 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @cite{t}, but
24411 the lefthand side will bounce back and forth between @i{-90} and 90.
24412 No values of @cite{a} and @cite{b} can make the two sides match,
24413 even approximately.
24415 There is no good solution to this problem at present.  You could
24416 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24417 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24418 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24419 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24420 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24421 taking Fourier and related transforms.)
24423 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24424 @subsection Curve Fitting Details
24426 @noindent
24427 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24428 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24429 @cite{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @cite{a,b,c}
24430 are the parameters and @cite{x,y,z} are the independent variables
24431 (of course there can be any number of each, not just three).
24433 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24434 to convert the model into this form.  For example, if the model
24435 is @cite{a + b x + c x^2}, then @cite{f(x) = 1}, @cite{g(x) = x},
24436 and @cite{h(x) = x^2} are suitable functions.
24438 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24439 to try to put the problem into the form
24441 @smallexample
24442 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)
24443 @end smallexample
24445 @noindent
24446 where @cite{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24447 @cite{Y}, @cite{F}, @cite{G}, and @cite{H} for all the data points,
24448 does a standard linear fit to find the values of @cite{A}, @cite{B},
24449 and @cite{C}, then uses the equation solver to solve for @cite{a,b,c}
24450 in terms of @cite{A,B,C}.
24452 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24453 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24454 model @cite{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24455 can be rewritten as follows:
24457 @example
24458 y = a x^b
24459 y = a exp(b ln(x))
24460 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24461 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24462 @end example
24464 @noindent
24465 which matches the desired form with @c{$Y = \ln(y)$}
24466 @cite{Y = ln(y)}, @c{$A = \ln(a)$}
24467 @cite{A = ln(a)},
24468 @cite{F = 1}, @cite{B = b}, and @c{$G = \ln(x)$}
24469 @cite{G = ln(x)}.  Calc thus computes
24470 the logarithms of your @cite{y} and @cite{x} values, does a linear fit
24471 for @cite{A} and @cite{B}, then solves to get @c{$a = \exp(A)$}
24472 @cite{a = exp(A)} and
24473 @cite{b = B}.
24475 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24476 be handled by expanding according to the distributive law.
24478 @example
24479 y = a + b*(x - c)^2
24480 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24481 @end example
24483 @noindent
24484 which matches with @cite{Y = y}, @cite{A = a + b c^2}, @cite{F = 1},
24485 @cite{B = -2 b c}, @cite{G = x} (the @i{-2} factor could just as easily
24486 have been put into @cite{G} instead of @cite{B}), @cite{C = b}, and
24487 @cite{H = x^2}.
24489 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24490 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24491 exponential that can be brought to the top and moved into @cite{Y}.
24493 An example of a model that cannot be put into general linear
24494 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24495 @cite{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24496 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24497 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24498 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24499 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24500 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24501 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24502 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @cite{d}
24503 (the background) to a constant, or by setting @cite{b} (the standard
24504 deviation) and @cite{c} (the mean) to constants.
24506 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24507 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24508 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24510 @tex
24511 \bigskip
24512 @end tex
24514 A last desperate step would be to use the general-purpose
24515 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24516 functions solve the problem of minimizing an expression (the @c{$\chi^2$}
24517 @cite{chi^2}
24518 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24519 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24520 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24521 command can do the same thing by brute force.
24523 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24524 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24525 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24526 to be minimized would be the value of @c{$\chi^2$}
24527 @cite{chi^2} returned as
24528 the fifth result of the @code{xfit} function:
24530 @smallexample
24531 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24532 @end smallexample
24534 @noindent
24535 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24536 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24537 the initial guess for @cite{d} that @code{minimize} requires.
24538 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24539 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24540 were used by itself to solve the problem).
24542 @tex
24543 \bigskip
24544 @end tex
24546 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24547 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24548 vector of ``raw'' parameters @cite{A}, @cite{B}, @cite{C}.  The
24549 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24550 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24551 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24552 as the requested parameters, i.e., if @cite{A = a}, @cite{B = b},
24553 and so on (which is always true if the model is already linear
24554 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24555 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24556 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24557 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24558 @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)} for @cite{B},
24559 and so on.
24561 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24562 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24563 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24564 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24565 values to be substituted into the original model.  In the case of
24566 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24567 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24568 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24569 standard error-form arithmetic take it from there.
24571 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24572 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24573 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24574 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24575 nontrivial filter functions.
24577 Things are also complicated when the input contains error forms.
24578 Suppose there are three independent and dependent variables, @cite{x},
24579 @cite{y}, and @cite{z}, one or more of which are error forms in the
24580 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24581 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @cite{x}
24582 and @cite{y} to be plain numbers, and makes @cite{z} into an error
24583 form with this combined error.  The @cite{Y(x,y,z)} part of the
24584 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24585 form.  The error part of that result is used for @c{$\sigma_i$}
24586 @cite{sigma_i} for
24587 the data point.  If for some reason @cite{Y(x,y,z)} does not return
24588 an error form, the combined error from @cite{z} is used directly
24589 for @c{$\sigma_i$}
24590 @cite{sigma_i}.  Finally, @cite{z} is also stripped of its error
24591 for use in computing @cite{F(x,y,z)}, @cite{G(x,y,z)} and so on;
24592 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24593 arithmetic with no error forms.
24595 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24596 the most reasonable thing in the typical case that @cite{Y(x,y,z)}
24597 depends only on the dependent variable @cite{z}, and in fact is
24598 often simply equal to @cite{z}.  For common cases like polynomials
24599 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24600 @c{$\sigma$}
24601 @cite{sigma} for the data point with no further ado.)
24603 @tex
24604 \bigskip
24605 @end tex
24607 @vindex FitRules
24608 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24609 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24610 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24611 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24612 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24613 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24614 @xref{Operations on Variables}.
24616 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24618 @ignore
24619 @starindex
24620 @end ignore
24621 @tindex fitvar
24622 @ignore
24623 @starindex
24624 @end ignore
24625 @ignore
24626 @mindex @idots
24627 @end ignore
24628 @tindex fitparam
24629 @ignore
24630 @starindex
24631 @end ignore
24632 @ignore
24633 @mindex @null
24634 @end ignore
24635 @tindex fitmodel
24636 @ignore
24637 @starindex
24638 @end ignore
24639 @ignore
24640 @mindex @null
24641 @end ignore
24642 @tindex fitsystem
24643 @ignore
24644 @starindex
24645 @end ignore
24646 @ignore
24647 @mindex @null
24648 @end ignore
24649 @tindex fitdummy
24650 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24651 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24652 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24653 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24654 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24655 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24656 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24657 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24658 model @cite{a x^b} is converted to @cite{y = a x^b}, then to
24660 @smallexample
24661 @group
24662 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24663 @end group
24664 @end smallexample
24666 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24667 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24668 changes are possible.)
24670 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24671 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24673 @example
24674 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24675 @end example
24677 @noindent
24678 where @var{Y} is a formula that describes the function @cite{Y(x,y,z)},
24679 @var{FGH} is the vector of formulas @cite{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24680 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24681 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)}
24682 for @cite{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24683 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24684 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24686 The power law model eventually boils down to
24688 @smallexample
24689 @group
24690 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24691           [1, ln(fitvar(1))],
24692           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24693 @end group
24694 @end smallexample
24696 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24697 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24698 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24699 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24700 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24701 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24702 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24703 and the distributive law is used to expand products of sums.
24704 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24705 @samp{fitinv(x)} represents @cite{1/x} while the @code{FitRules}
24706 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24707 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24708 will probably only need to modify the rules for this phase.
24710 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24711 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24712 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24713 initially zero and @var{model} has been changed from @cite{a=b}
24714 to @cite{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24715 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24716 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24717 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24718 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24719 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24720 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24721 raw parameters, for now.)
24723 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24724 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24725 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24726 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24727 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24728 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24729 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24730 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24731 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24732 using the distributive law in order to minimize the number of
24733 raw parameters needed.
24735 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24736 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24737 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24738 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24739 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24740 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24741 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24742 least-squares solver wants to see.
24744 @ignore
24745 @starindex
24746 @end ignore
24747 @ignore
24748 @mindex hasfit@idots
24749 @end ignore
24750 @tindex hasfitparams
24751 @ignore
24752 @starindex
24753 @end ignore
24754 @ignore
24755 @mindex @null
24756 @end ignore
24757 @tindex hasfitvars
24758 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24759 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24760 whether @cite{x} refers to any parameters or independent variables,
24761 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24762 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24763 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24764 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24765 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24766 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24768 @tex
24769 \bigskip
24770 @end tex
24772 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24773 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24774 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24775 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
24776 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
24777 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
24778 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
24779 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
24780 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
24781 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
24783 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
24784 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
24785 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
24786 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
24787 and the lower ones for @var{params}.
24789 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
24790 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
24791 and variables, as discussed previously.
24793 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
24794 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
24795 message will be ``Model expression is too complex'' if the
24796 linearizer was unable to put the model into the required form.
24798 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
24799 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
24801 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
24802 @subsection Polynomial Interpolation
24804 @kindex a p
24805 @pindex calc-poly-interp
24806 @tindex polint
24807 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
24808 a polynomial interpolation at a particular @cite{x} value.  It takes
24809 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
24810 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @cite{x}
24811 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
24812 then substitutes the @cite{x} value into the result in order to get an
24813 approximate @cite{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
24814 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
24815 efficient and more numerically stable.)
24817 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @cite{y}
24818 value approximation, and an error measure @cite{dy} that reflects Calc's
24819 estimation of the probable error of the approximation at that value of
24820 @cite{x}.  If the input @cite{x} is equal to any of the @cite{x} values
24821 in the data matrix, the output @cite{y} will be the corresponding @cite{y}
24822 value from the matrix, and the output @cite{dy} will be exactly zero.
24824 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
24825 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
24827 If @cite{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
24828 interpolated results for each of those @cite{x} values.  (The matrix will
24829 have two columns, the @cite{y} values and the @cite{dy} values.)
24830 If @cite{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
24831 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
24832 a formula that describes the fit in symbolic terms.
24834 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
24835 on the stack.  Only the @cite{x} value is replaced by the result.
24837 @kindex H a p
24838 @tindex ratint
24839 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
24840 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
24841 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
24842 @cite{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
24843 each have degree @cite{N/2} (if @cite{N} is odd, the denominator will
24844 have degree one higher than the numerator).
24846 Rational approximations have the advantage that they can accurately
24847 describe functions that have poles (points at which the function's value
24848 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
24849 goes to zero).  If @cite{x} corresponds to a pole of the fitted rational
24850 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
24851 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
24853 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
24854 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
24855 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
24856 capabilities to fit.)
24858 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
24859 @section Summations
24861 @noindent
24862 @cindex Summation of a series
24863 @kindex a +
24864 @pindex calc-summation
24865 @tindex sum
24866 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
24867 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
24868 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
24869 name of the summation index variable, the lower limit of the
24870 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
24871 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
24872 any later ones are answered by reading additional elements from
24873 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
24874 produces the result 55.
24875 @tex
24876 \turnoffactive
24877 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
24878 @end tex
24880 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
24881 use a variable with a stored value.  In particular, while
24882 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
24883 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @cite{(0, 1)}
24884 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
24885 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @cite{(0, 1)}!
24886 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
24887 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
24888 (@xref{Storing Variables}.)
24890 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
24891 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
24892 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
24893 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
24894 step value, in which case you can enter any formula or enter
24895 a blank line to take the step value from the stack.  With the
24896 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
24897 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
24898 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
24900 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
24901 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
24902 this is possible if the formula being summed is polynomial or
24903 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
24904 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
24905 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
24906 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
24907 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
24908 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
24909 whenever it can for the sake of efficiency.
24911 The notation for sums in algebraic formulas is
24912 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
24913 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
24914 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
24915 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
24916 and @samp{inf}, respectively.
24918 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
24919 returns @cite{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
24920 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
24921 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
24922 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
24923 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
24924 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
24925 symbolic form.  @xref{Infinities}.
24927 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
24928 described above) but the formula includes vectors subscripted by
24929 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
24930 the limits to include only the range of integers which result in
24931 legal subscripts for the vector.  For example, the sum
24932 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
24934 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
24935 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
24936 Calc computes the number of iterations using the formula
24937 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
24938 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
24940 If the number of iterations according to the above formula does
24941 not come out to an integer, the sum is illegal and will be left
24942 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
24943 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
24944 substituting mismatched bounds into them.  For example,
24945 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
24946 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
24947 the rather dubious answer, 29.25.
24949 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
24950 positive step size), the result is generally zero.  However,
24951 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
24952 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
24953 of iterations is @i{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
24954 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
24955 if Calc used a closed form solution.
24957 Calc's logical predicates like @cite{a < b} return 1 for ``true''
24958 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
24959 used to advantage for building conditional sums.  For example,
24960 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
24961 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
24962 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
24963 as ``the sum of @cite{k^2}, where @cite{k} is prime.''  Indeed,
24964 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
24965 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
24966 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
24967 closed form.
24969 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
24970 sum of @cite{f(k)} for all @cite{k} from 1 to @cite{n}, excluding
24971 one value @cite{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
24972 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
24973 the sum of all @cite{1/(k-k_0)} except at @cite{k = k_0}, where
24974 this would be a division by zero.  But at @cite{k = k_0}, this
24975 formula works out to the indeterminate form @cite{0 / 0}, which
24976 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
24977 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
24978 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if @c{$k \ne k_0$}
24979 @cite{k != k_0},
24980 then @cite{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @cite{1/(k-k_0)}
24981 will not even be evaluated by Calc when @cite{k = k_0}.
24983 @cindex Alternating sums
24984 @kindex a -
24985 @pindex calc-alt-summation
24986 @tindex asum
24987 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
24988 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
24989 are given alternating signs, with the first term (corresponding
24990 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
24991 are converted to normal sums with an extra term of the form
24992 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
24993 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
24994 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
24995 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
24996 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
24997 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
24998 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25000 @cindex Product of a sequence
25001 @kindex a *
25002 @pindex calc-product
25003 @tindex prod
25004 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25005 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25006 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25007 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25008 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25010 @kindex a T
25011 @pindex calc-tabulate
25012 @tindex table
25013 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25014 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25015 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25016 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25017 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25019 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25020 @section Logical Operations
25022 @noindent
25023 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25024 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25025 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25026 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25027 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25028 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25029 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25030 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25031 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25032 ``else'' portion for any condition like @cite{a = b} that is not
25033 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25034 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25035 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25036 false.  @xref{Declarations}.)
25038 @kindex a =
25039 @pindex calc-equal-to
25040 @tindex eq
25041 @tindex =
25042 @tindex ==
25043 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25044 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25045 formula) is true if @cite{a} and @cite{b} are equal, either because they
25046 are identical expressions, or because they are numbers which are
25047 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25048 1.0.)  If the equality of @cite{a} and @cite{b} cannot be determined,
25049 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25050 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25051 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25053 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25054 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25055 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25056 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25057 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25058 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25059 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25060 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25061 zero if not.
25063 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25064 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25065 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25066 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25067 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25068 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25069 variables).
25071 @kindex a #
25072 @pindex calc-not-equal-to
25073 @tindex neq
25074 @tindex !=
25075 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25076 @samp{a != b} function, is true if @cite{a} and @cite{b} are not equal.
25077 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25078 tests that all four of @cite{a}, @cite{b}, @cite{c}, and @cite{d} are
25079 distinct numbers.
25081 @kindex a <
25082 @tindex lt
25083 @ignore
25084 @mindex @idots
25085 @end ignore
25086 @kindex a >
25087 @ignore
25088 @mindex @null
25089 @end ignore
25090 @kindex a [
25091 @ignore
25092 @mindex @null
25093 @end ignore
25094 @kindex a ]
25095 @pindex calc-less-than
25096 @pindex calc-greater-than
25097 @pindex calc-less-equal
25098 @pindex calc-greater-equal
25099 @ignore
25100 @mindex @null
25101 @end ignore
25102 @tindex gt
25103 @ignore
25104 @mindex @null
25105 @end ignore
25106 @tindex leq
25107 @ignore
25108 @mindex @null
25109 @end ignore
25110 @tindex geq
25111 @ignore
25112 @mindex @null
25113 @end ignore
25114 @tindex <
25115 @ignore
25116 @mindex @null
25117 @end ignore
25118 @tindex >
25119 @ignore
25120 @mindex @null
25121 @end ignore
25122 @tindex <=
25123 @ignore
25124 @mindex @null
25125 @end ignore
25126 @tindex >=
25127 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25128 operation is true if @cite{a} is less than @cite{b}.  Similar functions
25129 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25130 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25131 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25133 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25134 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25135 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25136 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25137 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25138 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25139 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25140 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25142 @kindex a .
25143 @pindex calc-remove-equal
25144 @tindex rmeq
25145 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25146 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25147 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25148 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25149 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25150 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25151 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25152 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25153 the righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25154 taking the lefthand side.
25156 @kindex a &
25157 @pindex calc-logical-and
25158 @tindex land
25159 @tindex &&
25160 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25161 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25162 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @cite{a} or
25163 @cite{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25164 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25166 @kindex a |
25167 @pindex calc-logical-or
25168 @tindex lor
25169 @tindex ||
25170 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25171 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25172 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25173 are nonzero.  If both @cite{a} and @cite{b} are zero, the result is
25174 zero.
25176 @kindex a !
25177 @pindex calc-logical-not
25178 @tindex lnot
25179 @tindex !
25180 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25181 function is true if @cite{a} is false (zero), or false if @cite{a} is
25182 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @cite{a} is not a
25183 number.
25185 @kindex a :
25186 @pindex calc-logical-if
25187 @tindex if
25188 @ignore
25189 @mindex ? :
25190 @end ignore
25191 @tindex ?
25192 @ignore
25193 @mindex @null
25194 @end ignore
25195 @tindex :
25196 @cindex Arguments, not evaluated
25197 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25198 function is equal to either @cite{b} or @cite{c} if @cite{a} is a nonzero
25199 number or zero, respectively.  If @cite{a} is not a number, the test is
25200 left in symbolic form and neither @cite{b} nor @cite{c} is evaluated in
25201 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25202 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25203 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25204 @code{condition}.
25206 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25207 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25208 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25209 @samp{a?(3):4} instead.
25211 As a special case, if @cite{a} evaluates to a vector, then both @cite{b}
25212 and @cite{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25213 as @cite{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25214 @cite{b} and @cite{c} according to whether each element of @cite{a}
25215 is zero or nonzero.  Each of @cite{b} and @cite{c} must be either a
25216 vector of the same length as @cite{a}, or a non-vector which is matched
25217 with all elements of @cite{a}.
25219 @kindex a @{
25220 @pindex calc-in-set
25221 @tindex in
25222 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25223 the number @cite{a} is in the set of numbers represented by @cite{b}.
25224 If @cite{b} is an interval form, @cite{a} must be one of the values
25225 encompassed by the interval.  If @cite{b} is a vector, @cite{a} must be
25226 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25227 intervals, @cite{a} must be in any of the intervals.)  If @cite{b} is a
25228 plain number, @cite{a} must be numerically equal to @cite{b}.
25229 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25230 of this sort.
25232 @ignore
25233 @starindex
25234 @end ignore
25235 @tindex typeof
25236 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25237 characterizes @cite{a}.  If @cite{a} is a number, vector, or variable,
25238 the result will be one of the following numbers:
25240 @example
25241  1   Integer
25242  2   Fraction
25243  3   Floating-point number
25244  4   HMS form
25245  5   Rectangular complex number
25246  6   Polar complex number
25247  7   Error form
25248  8   Interval form
25249  9   Modulo form
25250 10   Date-only form
25251 11   Date/time form
25252 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25253 100  Variable
25254 101  Vector (but not a matrix)
25255 102  Matrix
25256 @end example
25258 Otherwise, @cite{a} is a formula, and the result is a variable which
25259 represents the name of the top-level function call.
25261 @ignore
25262 @starindex
25263 @end ignore
25264 @tindex integer
25265 @ignore
25266 @starindex
25267 @end ignore
25268 @tindex real
25269 @ignore
25270 @starindex
25271 @end ignore
25272 @tindex constant
25273 The @samp{integer(a)} function returns true if @cite{a} is an integer.
25274 The @samp{real(a)} function
25275 is true if @cite{a} is a real number, either integer, fraction, or
25276 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @cite{a} is
25277 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25278 code result except for variables, and provided that the components of
25279 an object like a vector or error form are themselves constant.
25280 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25281 special constants like @code{pi} and @code{e}.@refill
25283 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25284 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25285 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25286 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25287 literally an integer constant.
25289 @ignore
25290 @starindex
25291 @end ignore
25292 @tindex refers
25293 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25294 @cite{b} appears in @cite{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25295 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25296 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25297 @code{refers} will be left unevaluated is if @cite{a} is a plain
25298 variable (different from @cite{b}).
25300 @ignore
25301 @starindex
25302 @end ignore
25303 @tindex negative
25304 The @samp{negative(a)} function returns true if @cite{a} ``looks'' negative,
25305 because it is a negative number, because it is of the form @cite{-x},
25306 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25307 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25308 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @cite{a}, so it can only
25309 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25310 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25311 as a rewrite rule condition).
25313 @ignore
25314 @starindex
25315 @end ignore
25316 @tindex variable
25317 The @samp{variable(a)} function is true if @cite{a} is a variable,
25318 or false if not.  If @cite{a} is a function call, this test is left
25319 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25320 are considered variables like any others by this test.
25322 @ignore
25323 @starindex
25324 @end ignore
25325 @tindex nonvar
25326 The @samp{nonvar(a)} function is true if @cite{a} is a non-variable.
25327 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25328 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25329 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25330 often good enough.
25332 @ignore
25333 @starindex
25334 @end ignore
25335 @tindex lin
25336 @ignore
25337 @starindex
25338 @end ignore
25339 @tindex linnt
25340 @ignore
25341 @starindex
25342 @end ignore
25343 @tindex islin
25344 @ignore
25345 @starindex
25346 @end ignore
25347 @tindex islinnt
25348 @cindex Linearity testing
25349 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25350 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25351 @cite{a + b x} for some constants @cite{a} and @cite{b}, and some
25352 variable or subformula @cite{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25353 if formula @cite{f} is linear in @cite{x}, returning 1 if so.  For
25354 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25355 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25356 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25357 @cite{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25358 @cite{[0, 1, x]}, @cite{[0, -1, x]}, @cite{[3, 0, x]}, and
25359 @cite{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25360 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25361 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25362 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25363 returns true.
25365 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25366 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25367 @cite{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25368 returns @cite{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @cite{[y, 0, x]},
25369 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25370 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25371 linear in @cite{x}).
25373 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25374 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25375 formula.  Here, the @cite{a=0}, @cite{b=1} case is also considered
25376 trivial, and only constant values for @cite{a} and @cite{b} are
25377 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @cite{[0, 2, x y]},
25378 @samp{lin(2 - x y)} returns @cite{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25379 returns @cite{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25380 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25381 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25382 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25384 @ignore
25385 @starindex
25386 @end ignore
25387 @tindex istrue
25388 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @cite{a} is a nonzero
25389 number or provably nonzero formula, or 0 if @cite{a} is anything else.
25390 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25391 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25392 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25393 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25394 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25395 in symbolic form.)
25397 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25398 @section Rewrite Rules
25400 @noindent
25401 @cindex Rewrite rules
25402 @cindex Transformations
25403 @cindex Pattern matching
25404 @kindex a r
25405 @pindex calc-rewrite
25406 @tindex rewrite
25407 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25408 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25409 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25410 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25411 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25412 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25413 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25414 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25415 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25417 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25418 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25419 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25420 entries are being parsed, converting strings of characters into
25421 Calc formulas.
25423 @menu
25424 * Entering Rewrite Rules::
25425 * Basic Rewrite Rules::
25426 * Conditional Rewrite Rules::
25427 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25428 * Other Features of Rewrite Rules::
25429 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25430 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25431 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25432 * Selections with Rewrite Rules::
25433 * Matching Commands::
25434 * Automatic Rewrites::
25435 * Debugging Rewrites::
25436 * Examples of Rewrite Rules::
25437 @end menu
25439 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25440 @subsection Entering Rewrite Rules
25442 @noindent
25443 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25444 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25445 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25446 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25447 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25448 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25449 assignments in special ways.@refill
25451 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25452 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25453 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25454 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25455 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25457 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25458 rules.
25460 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25461 in several ways:
25463 @enumerate
25464 @item
25465 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25466 @item
25467 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25468 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25469 @item
25470 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25471 @kbd{myrules @key{RET}}.
25472 @item
25473 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25474 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25475 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25476 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25477 @item
25478 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25479 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25480 rewritten will come from the second-to-top position).
25481 @end enumerate
25483 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25484 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25485 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25487 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25488 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25489 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25490 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25491 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25492 @pxref{Operations on Variables}.@refill
25494 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25495 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25496 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25497 through that variable, they will be compiled once and saved away
25498 along with the variable for later reference.  This is another good
25499 reason to store your rules in a variable.
25501 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25502 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25503 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25505 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25506 @subsection Basic Rewrite Rules
25508 @noindent
25509 To match a particular formula @cite{x} with a particular rewrite rule
25510 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @cite{x} with
25511 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25512 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @cite{x}
25513 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25514 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25515 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25516 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25517 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25518 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25519 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25521 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25522 corresponding sub-formulas of @cite{x} must be identical.  Thus
25523 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25524 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25525 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25527 Things other than variables must match exactly between the pattern
25528 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25529 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25530 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25531 @samp{sin(a)+y}.
25533 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25534 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25535 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25536 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25538 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25539 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25540 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25541 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25542 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25544 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25545 throughout the target formula until no further changes are possible
25546 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25547 change at a time.
25549 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25550 @subsection Conditional Rewrite Rules
25552 @noindent
25553 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25554 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25555 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25556 is present in the
25557 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25558 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25559 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25560 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25561 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25562 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25563 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25564 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25565 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25566 1 or 0 according to the results of various tests.@refill
25568 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @cite{n}
25569 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25570 @cite{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25571 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25572 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25573 (assuming no outstanding declarations for @cite{a}).  In the case of
25574 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25575 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25576 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25578 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25579 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25580 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25581 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25582 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25583 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25584 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25585 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25586 the condition.
25588 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25589 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25590 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25592 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25593 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25595 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25596 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25597 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25598 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25599 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25600 matched.
25602 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25603 system and are tested very efficiently:  Where @cite{x} is any
25604 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25605 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @cite{y}
25606 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25607 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25608 where @cite{a} and @cite{b} are constants.  Other conditions, like
25609 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25610 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25612 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25613 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25614 because conditions often are expressions that cannot safely be
25615 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25616 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25617 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25618 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25619 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25620 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25622 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25623 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25624 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25625 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25626 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25627 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25628 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25629 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25630 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25632 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25633 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25635 @noindent
25636 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25637 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25638 the associativity and commutativity of the following functions into
25639 account:
25641 @smallexample
25642 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25643 @end smallexample
25645 For example, the rewrite rule:
25647 @example
25648 a x + b x  :=  (a + b) x
25649 @end example
25651 @noindent
25652 will match formulas of the form,
25654 @example
25655 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25656 @end example
25658 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25659 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25661 @example
25662 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25663 @end example
25665 @noindent
25666 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25668 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25669 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25670 will take whichever suitable pair it discovers first.
25672 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25673 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25674 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25675 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25676 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25677 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25678 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25679 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25681 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25682 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25683 matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25684 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25685 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25686 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25687 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25688 enable matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25689 from occurring.
25691 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25692 the rule
25694 @example
25695 f(-x)  :=  -f(x)
25696 @end example
25698 @noindent
25699 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25700 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25701 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25702 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25703 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25704 condition is:
25706 @example
25707 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25708 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25709 @end example
25711 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25712 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25714 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25715 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25716 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25717 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25719 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25720 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25721 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25722 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25723 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25724 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25725 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25726 because while few mathematical operations are substantively different
25727 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25728 of multiplication, division, and integer powers separately.
25730 Even more subtle is the rule set
25732 @example
25733 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25734 @end example
25736 @noindent
25737 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25738 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25739 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25740 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25741 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25742 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25743 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25744 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25745 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25746 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25747 rule will have to be added.
25749 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25750 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25751 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25752 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25753 of the above rule for complex numbers would be
25755 @example
25756 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25757 @end example
25759 @noindent
25760 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25761 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25762 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25763 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25764 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25765 conjugate of a real number.)
25767 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25769 @example
25770 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25771 @end example
25773 @noindent
25774 will match the formula
25776 @example
25777 5 (x^2 - 4) + 3 x
25778 @end example
25780 @noindent
25781 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
25782 formulas like
25784 @example
25785 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
25786 @end example
25788 @noindent
25789 producing, respectively,
25791 @example
25792 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
25793 @end example
25795 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
25796 have been turned off with @kbd{m O}.)
25798 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
25799 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
25800 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
25801 with @samp{a = -1}.
25803 In particular, the distributive-law rule can be refined to
25805 @example
25806 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
25807 @end example
25809 @noindent
25810 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
25812 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
25813 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
25814 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
25815 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
25816 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
25817 @samp{x/z} is considered linear with @cite{b = 1/z} by @code{lin},
25818 but it will not match the above pattern because that pattern calls
25819 for a multiplication, not a division.
25821 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
25822 by 1,
25824 @example
25825 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
25826 @end example
25828 @noindent
25829 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
25830 an equal factor.  Here's a more successful rule:
25832 @example
25833 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
25834 @end example
25836 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
25837 because one @cite{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
25839 Calc automatically converts a rule like
25841 @example
25842 f(x-1, x)  :=  g(x)
25843 @end example
25845 @noindent
25846 into the form
25848 @example
25849 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
25850 @end example
25852 @noindent
25853 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
25854 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
25855 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
25856 respectively, then verifying that they differ by one even though
25857 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
25859 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
25860 following rule,
25862 @example
25863 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
25864 @end example
25866 @noindent
25867 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
25868 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
25869 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
25870 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
25871 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
25872 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
25873 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
25875 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
25876 You could make this resemble the original form more closely by using
25877 @code{let} notation, which is described in the next section:
25879 @example
25880 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
25881 @end example
25883 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
25884 which involves only the functions in the following list, operating
25885 only on constants and meta-variables which have already been matched
25886 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
25887 careful to match arguments which are plain variables before arguments
25888 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
25889 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
25890 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
25892 @smallexample
25893 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
25894 max min  re im conj arg
25895 @end smallexample
25897 You can suppress all of the special treatments described in this
25898 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
25899 This marker causes the function call which is its argument to be
25900 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
25901 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
25902 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
25903 For example,
25905 @example
25906 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
25907 @end example
25909 @noindent
25910 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
25911 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
25912 commutativity and associativity is still considered while matching
25913 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
25914 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
25915 further and use
25917 @example
25918 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
25919 @end example
25921 @noindent
25922 which would do a completely strict match for the pattern.
25924 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
25925 function name but also the arguments must be literally the same.
25926 The above pattern will match @samp{x - x y} but
25928 @example
25929 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
25930 @end example
25932 @noindent
25933 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
25935 @example
25936 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
25937 @end example
25939 @noindent
25940 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
25941 effect!
25943 A certain amount of algebra is also done when substituting the
25944 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
25945 in the rule
25947 @example
25948 a + f(b)  :=  f(a + b)
25949 @end example
25951 @noindent
25952 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
25953 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
25954 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
25955 the default simplifications would do this anyway, so this
25956 special simplification is only noticeable if you have turned the
25957 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
25958 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
25959 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
25960 marker on the righthand side:
25962 @example
25963 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
25964 @end example
25966 @noindent
25967 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
25968 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
25969 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
25971 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
25972 @subsection Other Features of Rewrite Rules
25974 @noindent
25975 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
25976 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
25977 markers that work inside a pattern; then come the markers that
25978 work in the righthand side of a rule.
25980 @ignore
25981 @starindex
25982 @end ignore
25983 @tindex import
25984 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
25985 rule.  Here @cite{x} is the name of a variable containing another
25986 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
25987 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
25988 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
25989 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
25990 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
25991 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
25992 the rule set @cite{x} with all occurrences of @c{$v_1$}
25993 @cite{v1}, as either
25994 a variable name or a function name, replaced with @c{$x_1$}
25995 @cite{x1} and
25996 so on.  (If @c{$v_1$}
25997 @cite{v1} is used as a function name, then @c{$x_1$}
25998 @cite{x1}
25999 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26000 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26001 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26002 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26003 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26005 The special functions allowed in patterns are:
26007 @table @samp
26008 @item quote(x)
26009 @ignore
26010 @starindex
26011 @end ignore
26012 @tindex quote
26013 This pattern matches exactly @cite{x}; variable names in @cite{x} are
26014 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26015 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26016 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26017 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26018 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26019 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26020 as a result in this case.)
26022 @item plain(x)
26023 @ignore
26024 @starindex
26025 @end ignore
26026 @tindex plain
26027 Here @cite{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26028 pattern matches a call to function @cite{f} with the specified
26029 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26030 function @cite{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26031 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26032 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26033 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26034 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26036 @item opt(x,def)
26037 @ignore
26038 @starindex
26039 @end ignore
26040 @tindex opt
26041 Here @cite{x} must be a variable name.  This must appear as an
26042 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26043 the argument or element is optional.
26044 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26045 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26046 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26047 binding one summand to @cite{x} and the other to @cite{y}, and it
26048 matches anything else by binding the whole expression to @cite{x} and
26049 zero to @cite{y}.  The other operators above work similarly.@refill
26051 For general miscellanous functions, the default value @code{def}
26052 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26053 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26054 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26055 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @cite{b} are
26056 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26057 the literal variable @cite{b} will be the default in the latter
26058 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @cite{b}.
26059 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26061 @item condition(x,c)
26062 @ignore
26063 @starindex
26064 @end ignore
26065 @tindex condition
26066 @tindex ::
26067 This matches the pattern @cite{x}, with the attached condition
26068 @cite{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26070 @item pand(x,y)
26071 @ignore
26072 @starindex
26073 @end ignore
26074 @tindex pand
26075 @tindex &&&
26076 This matches anything that matches both pattern @cite{x} and
26077 pattern @cite{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26078 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26080 @item por(x,y)
26081 @ignore
26082 @starindex
26083 @end ignore
26084 @tindex por
26085 @tindex |||
26086 This matches anything that matches either pattern @cite{x} or
26087 pattern @cite{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26089 @item pnot(x)
26090 @ignore
26091 @starindex
26092 @end ignore
26093 @tindex pnot
26094 @tindex !!!
26095 This matches anything that does not match pattern @cite{x}.
26096 It is the same as @samp{!!! x}.
26098 @item cons(h,t)
26099 @ignore
26100 @mindex cons
26101 @end ignore
26102 @tindex cons (rewrites)
26103 This matches any vector of one or more elements.  The first
26104 element is matched to @cite{h}; a vector of the remaining
26105 elements is matched to @cite{t}.  Note that vectors of fixed
26106 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26107 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26108 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26110 @item rcons(t,h)
26111 @ignore
26112 @mindex rcons
26113 @end ignore
26114 @tindex rcons (rewrites)
26115 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26116 is matched to @cite{h}, with the remaining elements matched
26117 to @cite{t}.
26119 @item apply(f,args)
26120 @ignore
26121 @mindex apply
26122 @end ignore
26123 @tindex apply (rewrites)
26124 This matches any function call.  The name of the function, in
26125 the form of a variable, is matched to @cite{f}.  The arguments
26126 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26127 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26128 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26129 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26130 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26131 matches any function call with exactly two arguments, and
26132 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26133 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26134 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26135 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26136 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26137 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26139 @example
26140 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26141    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26142 @end example
26144 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26145 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26146 the rules of a rule set according to top-level function name;
26147 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26148 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26149 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26150 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26152 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26153 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26154 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26156 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26157 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26158 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26159 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26160 Also note that you will have to use no-simplify (@kbd{m O})
26161 mode when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26162 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26163 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26164 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26165 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26167 @item select(x)
26168 @ignore
26169 @starindex
26170 @end ignore
26171 @tindex select
26172 This is used for applying rules to formulas with selections;
26173 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26174 @end table
26176 Special functions for the righthand sides of rules are:
26178 @table @samp
26179 @item quote(x)
26180 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26181 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26182 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26183 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26184 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26185 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26186 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26187 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26188 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26189 protecting rules from evaluation.)
26191 @item plain(x)
26192 Special properties of and simplifications for the function call
26193 @cite{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26194 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26195 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26196 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26197 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26198 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26200 @item cons(h,t)
26201 Where @cite{t} is a vector, this is converted into an expanded
26202 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26203 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26204 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26205 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26206 have been turned off.
26208 @item rcons(t,h)
26209 Analogous to @code{cons} except putting @cite{h} at the @emph{end} of
26210 the vector @cite{t}.
26212 @item apply(f,args)
26213 Where @cite{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26214 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26215 is also a regular Calc function.
26217 @item eval(x)
26218 @ignore
26219 @starindex
26220 @end ignore
26221 @tindex eval
26222 The formula @cite{x} is handled in the usual way, then the
26223 default simplifications are applied to it even if they have
26224 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26225 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26226 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26227 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26228 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26230 @item evalsimp(x)
26231 @ignore
26232 @starindex
26233 @end ignore
26234 @tindex evalsimp
26235 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the usual
26236 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26238 @item evalextsimp(x)
26239 @ignore
26240 @starindex
26241 @end ignore
26242 @tindex evalextsimp
26243 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the normal
26244 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26246 @item select(x)
26247 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26248 @end table
26250 There are also some special functions you can use in conditions.
26252 @table @samp
26253 @item let(v := x)
26254 @ignore
26255 @starindex
26256 @end ignore
26257 @tindex let
26258 The expression @cite{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26259 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26260 default, but @cite{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26261 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26262 of simplification.  The
26263 result of @cite{x} is then bound to the meta-variable @cite{v}.  As
26264 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26265 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26266 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26267 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26268 In fact, @cite{v} may be any pattern in which case the result of
26269 evaluating @cite{x} is matched to that pattern, binding any
26270 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26271 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26272 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26273 an @samp{||} term or otherwise buried.@refill
26275 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26276 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26277 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26278 in the main part of a rewrite rule.
26280 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26281 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26282 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26283 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26284 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26285 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26286 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26287 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26288 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26289 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26290 be bound to @code{ia}.@refill
26292 Here's another example, for integrating cosines of linear
26293 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26294 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26295 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26296 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26297 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26298 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26299 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26300 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26301 rearrangement of the argument of the sine.)@refill
26303 @ignore
26304 @starindex
26305 @end ignore
26306 @tindex ierf
26307 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26308 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26309 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26310 where the first number is the desired solution.  If no solution
26311 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26312 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26314 @example
26315 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26316 @end example
26318 @item matches(v,p)
26319 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26320 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26321 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26322 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26323 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26324 extra feature that meta-variables which are bound to things
26325 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26326 rule.
26328 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26329 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26330 the default simplifications, while the latter does not.
26332 @item remember
26333 @vindex remember
26334 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26335 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26336 the original expression and rewritten expression are added to the
26337 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26338 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26339 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26340 contains any variables.
26342 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26343 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26344 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26345 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26346 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26347 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26349 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26350 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26351 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26352 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26353 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26354 be added to the rule set and will continue to operate even if
26355 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26357 @item remember(c)
26358 @ignore
26359 @starindex
26360 @end ignore
26361 @tindex remember
26362 Remember the match as described above, but only if condition @cite{c}
26363 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26364 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26365 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26366 @end table
26368 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26369 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26371 @noindent
26372 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26373 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26374 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26375 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26376 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26378 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26379 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26380 the context of rewrite rule patterns.
26382 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26383 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26384 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26385 here is a rule that operates on error forms:
26387 @example
26388 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26389 @end example
26391 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26393 @example
26394 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26395 @end example
26397 @ignore
26398 @starindex
26399 @end ignore
26400 @tindex ends
26401 Here's another interesting example:
26403 @example
26404 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26405 @end example
26407 @noindent
26408 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26409 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26410 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26412 @example
26413 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26414 @end example
26416 @noindent
26417 would do the same thing except that it would fail to match a
26418 one-element vector.
26420 @tex
26421 \bigskip
26422 @end tex
26424 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26425 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26426 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26428 @ignore
26429 @starindex
26430 @end ignore
26431 @tindex curve
26432 A simple example of @samp{|||} is
26434 @example
26435 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26436 @end example
26438 @noindent
26439 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26441 Here is a larger example:
26443 @example
26444 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26445 @end example
26447 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26448 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26449 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26451 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26452 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26454 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26455 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26456 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26457 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26458 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26459 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26460 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26461 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26463 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26464 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26465 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26466 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26468 @example
26469 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26470 @end example
26472 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26473 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26475 @tex
26476 \bigskip
26477 @end tex
26479 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26480 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26481 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26483 For example,
26485 @example
26486 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26487 @end example
26489 @noindent
26490 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26491 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26492 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26494 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26495 then an equivalent rule would be:
26497 @example
26498 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26499 @end example
26501 @noindent
26502 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26503 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26504 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26505 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26506 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26507 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26508 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26510 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26511 elsewhere in the pattern.  For example,
26513 @example
26514 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26515 @end example
26517 @noindent
26518 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26519 this to @code{g} with only the first argument.
26521 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26522 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26523 matched last.  Thus
26525 @example
26526 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26527 @end example
26529 @noindent
26530 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26531 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26532 first argument of @code{f} first, the results would have been
26533 disasterous:  Since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26534 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26535 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26537 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26538 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26540 @noindent
26541 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26542 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26543 to any part of the expression, starting with the whole expression
26544 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26545 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26546 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26547 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26548 to the @var{new} part of the rule.
26550 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26551 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26552 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26553 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26554 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26555 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26556 to match).  This continues until no further matches can be made
26557 anywhere in the formula.
26559 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26560 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26561 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26562 side actually comes out to something different than the original
26563 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26564 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26565 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26566 run forever switching a formula back and forth between the two
26567 forms.
26569 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26570 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26571 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26572 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26573 halt any Emacs command prematurely.)
26575 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26576 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26577 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26578 rewriting is not what is called for by your application).
26580 @ignore
26581 @starindex
26582 @end ignore
26583 @ignore
26584 @mindex iter@idots
26585 @end ignore
26586 @tindex iterations
26587 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26588 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26589 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26590 number of iterations for this rule set.  You can use
26591 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26592 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26593 rule set.
26595 @example
26596 [ iterations(1),
26597   f(x) := f(x+1) ]
26598 @end example
26600 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26601 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26602 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26603 default simplifications, is different from the original sub-formula
26604 that was matched.
26606 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26608 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26609 substitute the top-level expression up to that many times, but
26610 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26612 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26613 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26614 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26615 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26616 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26617 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26618 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26619 are omitted, 100 is used.
26621 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26622 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26624 @noindent
26625 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26626 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26627 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26628 phases occur during the rewriting process.
26630 @ignore
26631 @starindex
26632 @end ignore
26633 @tindex phase
26634 @vindex all
26635 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26636 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26637 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26638 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26639 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26640 this is the default at the start of the rule set.
26642 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26643 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26644 ascending order.  For example, the rule set
26646 @example
26647 @group
26648 [ f0(x) := g0(x),
26649   phase(1),
26650   f1(x) := g1(x),
26651   phase(2),
26652   f2(x) := g2(x),
26653   phase(3),
26654   f3(x) := g3(x),
26655   phase(1,2),
26656   f4(x) := g4(x) ]
26657 @end group
26658 @end example
26660 @noindent
26661 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26662 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26663 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26664 and @code{f3}.
26666 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26667 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26668 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26669 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26670 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26671 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26672 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26673 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26674 100 by default, is reached.)
26676 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26677 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26678 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26679 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26680 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26681 in the formula.
26683 @ignore
26684 @starindex
26685 @end ignore
26686 @tindex schedule
26687 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26688 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26689 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26690 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26691 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26692 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26693 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26694 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26695 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26696 moving on to phase 3.
26698 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26699 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26700 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26701 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26702 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26703 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26704 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26705 touches.
26707 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26708 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26709 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26710 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26711 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26712 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26713 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26715 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26716 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26717 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26718 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26719 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26720 spend any time on them while it works on phase 2.
26722 There are also some problems that can only be solved with several
26723 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26724 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26725 command to convert a model expression to linear form.
26726 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26727 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26728 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26729 linear components have been picked out, the final phase includes the
26730 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26731 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26732 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26734 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26735 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26736 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26737 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26738 rules were finished, some components might be put away into vectors
26739 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26740 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26742 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26743 @subsection Selections with Rewrite Rules
26745 @noindent
26746 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26747 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26748 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26749 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26750 specific part of a formula without affecting any other parts.
26752 @kindex j r
26753 @pindex calc-rewrite-selection
26754 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26755 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26756 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26757 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26758 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26759 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26760 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26761 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26763 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26764 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26765 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26766 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26767 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26768 the selected sub-formula should appear.
26770 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
26771 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
26772 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
26773 formula will be unselected.
26775 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
26776 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
26777 allows you to use the current selection in more flexible ways.
26778 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
26779 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
26780 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
26781 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
26782 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
26784 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
26785 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
26786 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
26787 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
26789 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
26790 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
26791 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
26792 at stack level 1.)
26794 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
26795 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
26796 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
26797 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
26798 target and the rewrite rules).
26800 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
26801 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
26802 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
26803 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
26804 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
26805 to apply anywhere in the formula.
26807 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
26808 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
26809 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
26810 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
26811 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
26812 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
26813 both with and without selections.
26815 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26816 @subsection Matching Commands
26818 @noindent
26819 @kindex a m
26820 @pindex calc-match
26821 @tindex match
26822 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
26823 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
26824 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
26825 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
26826 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
26827 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
26828 you can give a blank response in which case the patterns are taken
26829 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
26830 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
26831 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
26832 of the patterns.
26834 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
26835 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
26837 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
26839 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
26840 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
26841 all the positive vector elements.
26843 @kindex I a m
26844 @tindex matchnot
26845 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
26846 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
26848 @ignore
26849 @starindex
26850 @end ignore
26851 @tindex matches
26852 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
26853 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
26854 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
26855 conditional clauses of other rewrite rules.
26857 @ignore
26858 @starindex
26859 @end ignore
26860 @tindex vmatches
26861 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
26862 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
26863 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
26864 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
26865 If the match fails, the function returns the number 0.
26867 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
26868 @subsection Automatic Rewrites
26870 @noindent
26871 @cindex @code{EvalRules} variable
26872 @vindex EvalRules
26873 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
26874 results, effectively adding to the built-in set of default
26875 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
26876 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
26877 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
26879 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
26880 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
26881 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
26882 set would be,
26884 @smallexample
26885 @group
26886 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
26887   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
26888 @end group
26889 @end smallexample
26891 To apply these manually, you could put them in a variable called
26892 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
26893 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
26894 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
26895 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
26896 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming degrees mode) result in
26897 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
26899 As each level of a formula is evaluated, the rules from
26900 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
26901 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
26902 Note that this is different from the usual order of application of
26903 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
26904 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
26905 applies rules from the top down.
26907 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
26908 override the normal behavior of any built-in Calc function.
26910 It is important not to write a rule that will get into an infinite
26911 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
26912 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
26913 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
26914 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
26915 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
26916 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
26917 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
26918 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
26919 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
26920 or ran too long'' message.
26922 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
26923 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
26924 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @cite{n} is
26925 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
26926 if the righthand side literally becomes the original formula before any
26927 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
26928 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
26929 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
26930 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
26931 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
26932 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
26933 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
26934 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
26936 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
26937 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
26938 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
26939 the default simplifications to simplify the result and compares again
26940 (and again fails if the formula has simplified back to its original
26941 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
26942 same rules will come back into play when the default simplifications
26943 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
26944 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
26945 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
26946 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
26947 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
26948 the rewrite mechanism itself.)
26950 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
26951 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
26952 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
26953 The rules are always repeated as many times as possible.
26955 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
26956 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
26957 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
26958 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
26959 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
26960 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
26961 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
26962 will not work as part of @code{EvalRules}.
26964 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
26965 functions directly rather than going through the default simplifications.
26966 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
26967 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
26968 number @cite{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
26969 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
26970 than applying the default simplifications to this formula.  So an
26971 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
26972 would not apply.  (However, if you put Calc into symbolic mode so that
26973 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
26974 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
26975 number were @cite{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
26976 then symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
26977 evaluated exactly to 5.)
26979 One subtle restriction that normally only manifests itself with
26980 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
26981 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
26982 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
26983 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
26984 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
26985 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
26986 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
26987 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
26988 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
26989 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
26990 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
26991 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
26993 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
26994 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
26996 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
26997 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
26998 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
26999 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27000 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27001 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27002 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27004 @smallexample
27005 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27006 @end smallexample
27008 @noindent
27009 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27010 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27011 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27012 @emph{every} function call that is simplified.
27014 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27015 @vindex AlgSimpRules
27016 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27017 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27018 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27019 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27020 well as all of its built-in simplifications.
27022 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27023 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27024 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27025 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27026 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27027 default simplifications) until no further changes are possible.
27029 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27030 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27031 @vindex ExtSimpRules
27032 @vindex UnitSimpRules
27033 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27034 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27035 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27036 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27037 only during integration by @kbd{a i}.
27039 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27040 @subsection Debugging Rewrites
27042 @noindent
27043 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27044 record some useful information there as it operates.  The original
27045 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27046 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27047 noted.
27049 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27050 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27052 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27053 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27054 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27055 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27056 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27057 be needlessly slow.
27059 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27060 @subsection Examples of Rewrite Rules
27062 @noindent
27063 Returning to the example of substituting the pattern
27064 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27065 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27066 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27067 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27068 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27069 but at the expense of making some changes that you might not desire.@refill
27071 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27072 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27073 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27074 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27075 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27076 ignored by the regular @kbd{a r} command
27077 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).@refill
27079 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27080 This will simplify the formula whenever @cite{b} and/or @cite{c} can
27081 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27082 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27083 Symbolic Mode has been enabled to keep the square root from being
27084 evaulated to a floating-point approximation).  This rule is also
27085 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27086 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27088 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27089 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27090 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27091 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27092 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27093 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27094 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27095 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27096 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27097 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27099 @cindex Quaternions
27100 The following rule set, contributed by @c{Fran\c cois}
27101 @asis{Francois} Pinard, implements
27102 @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of complex numbers.
27103 Quaternions have four components, and are here represented by function
27104 calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y}, @var{z}])} with ``real
27105 part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts collected into a
27106 vector.  Various arithmetical operations on quaternions are supported.
27107 To use these rules, either add them to @code{EvalRules}, or create a
27108 command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion formulas.
27109 A convenient way to enter quaternions would be a command defined by
27110 a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $]) @key{RET}}.
27112 @smallexample
27113 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27114   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27115   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27116   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27117   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27118   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27119   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27120   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27121   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27122      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27123   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27124   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27125   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27126   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27127   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27128                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27129   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27130                :: integer(k) :: k > 2,
27131   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27132 @end smallexample
27134 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27135 In other words, @cite{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27136 @cite{q1} and @cite{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27137 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27138 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27139 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27140 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27142 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27143 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27144 results in the four-argument form, just append the two items
27145 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27146 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27147 in @code{EvalRules}.)
27149 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27150 @chapter Operating on Units
27152 @noindent
27153 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27154 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27155 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27156 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27157 begin with the @kbd{u} prefix key.
27159 @menu
27160 * Basic Operations on Units::
27161 * The Units Table::
27162 * Predefined Units::
27163 * User-Defined Units::
27164 @end menu
27166 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27167 @section Basic Operations on Units
27169 @noindent
27170 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27171 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27172 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27173 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27174 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27175 where the command applies to all units expressions which appear in the
27176 formula.
27178 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27179 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27180 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27181 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27182 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27183 @pxref{User-Defined Units}.@refill
27185 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27186 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27187 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27188 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27189 representation of one millimeter.@refill
27191 You may find that Algebraic Mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27192 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27193 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27195 @kindex u s
27196 @pindex calc-simplify-units
27197 @ignore
27198 @mindex usimpl@idots
27199 @end ignore
27200 @tindex usimplify
27201 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27202 simplifies a units
27203 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27204 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27205 features that can be further simplified by converting one object's units
27206 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27207 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27208 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27209 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27210 automatically at all times.@refill
27212 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27213 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27214 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27215 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27216 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27217 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27218 applied to units expressions, in which case
27219 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27220 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27221 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.@refill
27223 @kindex u c
27224 @pindex calc-convert-units
27225 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27226 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27227 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27228 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27229 the original units, the number will be converted into your units
27230 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27231 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27232 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27233 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27234 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27235 @samp{s}, regardless of the input units.
27237 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27238 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27239 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27240 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27241 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27242 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27243 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27244 changed to the base unit @samp{m}.
27246 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27247 to gain more control over the units of the result of an expression.
27248 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27249 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27250 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27251 in fathoms, if you preferred!)
27253 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27254 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27255 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27256 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27257 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27258 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27259 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27261 @cindex Composite units
27262 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27263 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27264 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27265 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27266 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27267 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27268 using an integer number times the largest unit, then moves on
27269 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27270 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27271 standard unit names exist for common combinations, such as
27272 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27273 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27274 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27276 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27277 prompt first for the old units which this value should be considered
27278 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27279 give are consistent with each other, the result also will not contain
27280 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27281 2 on the stack to 5.08.
27283 @kindex u b
27284 @pindex calc-base-units
27285 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27286 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27287 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27288 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27290 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27291 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27292 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27293 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27295 @kindex u t
27296 @pindex calc-convert-temperature
27297 @cindex Temperature conversion
27298 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27299 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27300 expression with units of temperature only.  This command would convert
27301 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27302 Fahrenheit scale.@refill
27304 @kindex u r
27305 @pindex calc-remove-units
27306 @kindex u x
27307 @pindex calc-extract-units
27308 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27309 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27310 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27311 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27312 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27313 constant 1, then resimplify the formula.@refill
27315 @kindex u a
27316 @pindex calc-autorange-units
27317 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27318 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27319 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27320 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27321 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27322 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27323 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27324 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27325 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27327 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27328 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27329 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27330 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27331 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27332 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27333 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27334 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27335 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27336 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27337 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27338 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27339 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27340 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27341 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27342 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27344 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27345 @section The Units Table
27347 @noindent
27348 @kindex u v
27349 @pindex calc-enter-units-table
27350 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27351 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27352 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27353 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27354 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27355 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27356 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27357 and steradians.
27359 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27360 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27361 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27362 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27363 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27364 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27366 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27367 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27368 argument to @kbd{u v}.
27370 @kindex u V
27371 @pindex calc-view-units-table
27372 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27373 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27374 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27375 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{M-# c}
27376 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27377 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27378 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27380 @kindex u g
27381 @pindex calc-get-unit-definition
27382 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27383 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27384 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27385 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27386 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27387 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27388 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27389 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27390 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27392 @kindex u e
27393 @pindex calc-explain-units
27394 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27395 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27396 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27397 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27398 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27399 column of the Units Table.
27401 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27402 @section Predefined Units
27404 @noindent
27405 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27406 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27407 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27408 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27409 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27410 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27411 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27412 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27414 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27415 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27416 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27417 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27418 of the various temperature scales.
27420 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27421 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27423 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27424 @tex
27425 for \AA ngstroms.
27426 @end tex
27427 @ifinfo
27428 for Angstroms.
27429 @end ifinfo
27431 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27432 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  There is
27433 also @code{tpt}, which stands for a printer's point as defined by the
27434 @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 tpt = 1 in}.
27436 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27437 because algebra command could mistake this for the special constant
27438 @cite{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27439 preferable to @code{e}.
27441 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27442 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27443 Meanwhile, one ``@cite{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27445 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27446 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27448 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27449 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27451 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27452 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27453 constant.  You can use these just like other units: converting
27454 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27455 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27456 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27457 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27458 units.
27460 Two units, @code{pi} and @code{fsc} (the fine structure constant,
27461 approximately @i{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27462 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27463 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27464 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27465 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27466 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27467 really is unitless.)
27469 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27471 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
27472 @section User-Defined Units
27474 @noindent
27475 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27476 units, as well as ways to define your own new units.
27478 @kindex u 0-9
27479 @pindex calc-quick-units
27480 @vindex Units
27481 @cindex @code{Units} variable
27482 @cindex Quick units
27483 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27484 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27485 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27486 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27487 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27488 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27489 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27490 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27491 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27492 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27493 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27494 to @samp{2.5 ft}.
27496 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27497 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27498 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27499 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27500 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27501 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27503 @kindex u d
27504 @pindex calc-define-unit
27505 @cindex User-defined units
27506 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27507 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27508 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27509 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27510 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27511 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27512 prompted for an optional English description of the unit, which will
27513 appear in the Units Table.
27515 @kindex u u
27516 @pindex calc-undefine-unit
27517 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27518 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27519 however.
27521 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27522 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27523 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27524 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27525 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27527 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27528 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27529 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27530 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27531 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27532 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27533 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27534 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27535 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27537 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27538 possible to create user-defined temperature units.
27540 @kindex u p
27541 @pindex calc-permanent-units
27542 @cindex @file{.emacs} file, user-defined units
27543 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27544 units in your @file{.emacs} file, so that the units will still be
27545 available in subsequent Emacs sessions.  If there was already a set of
27546 user-defined units in your @file{.emacs} file, it is replaced by the
27547 new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use
27548 a different file instead of @file{.emacs}.)
27550 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27551 @chapter Storing and Recalling
27553 @noindent
27554 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27555 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27556 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27557 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27559 @menu
27560 * Storing Variables::
27561 * Recalling Variables::
27562 * Operations on Variables::
27563 * Let Command::
27564 * Evaluates-To Operator::
27565 @end menu
27567 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27568 @section Storing Variables
27570 @noindent
27571 @kindex s s
27572 @pindex calc-store
27573 @cindex Storing variables
27574 @cindex Quick variables
27575 @vindex q0
27576 @vindex q9
27577 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27578 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27579 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27580 immediately in one of the ``quick'' variables @code{var-q0} through
27581 @code{var-q9}.  Or you can enter any variable name.  The prefix @samp{var-}
27582 is supplied for you; when a name appears in a formula (as in @samp{a+q2})
27583 the prefix @samp{var-} is also supplied there, so normally you can simply
27584 forget about @samp{var-} everywhere.  Its only purpose is to enable you to
27585 use Calc variables without fear of accidentally clobbering some variable in
27586 another Emacs package.  If you really want to store in an arbitrary Lisp
27587 variable, just backspace over the @samp{var-}.
27589 @kindex s t
27590 @pindex calc-store-into
27591 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27592 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27593 value from the stack and stores it in a variable.
27595 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27596 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27597 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27598 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27599 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27600 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27601 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27602 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27604 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27605 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27606 default will be to store all the variables with their corresponding
27607 righthand sides simultaneously.
27609 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27610 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27611 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27612 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27613 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27614 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27616 @kindex s 0-9
27617 @kindex t 0-9
27618 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27619 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27620 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27621 for trail and time/date commands.)
27623 @kindex s +
27624 @kindex s -
27625 @ignore
27626 @mindex @idots
27627 @end ignore
27628 @kindex s *
27629 @ignore
27630 @mindex @null
27631 @end ignore
27632 @kindex s /
27633 @ignore
27634 @mindex @null
27635 @end ignore
27636 @kindex s ^
27637 @ignore
27638 @mindex @null
27639 @end ignore
27640 @kindex s |
27641 @ignore
27642 @mindex @null
27643 @end ignore
27644 @kindex s n
27645 @ignore
27646 @mindex @null
27647 @end ignore
27648 @kindex s &
27649 @ignore
27650 @mindex @null
27651 @end ignore
27652 @kindex s [
27653 @ignore
27654 @mindex @null
27655 @end ignore
27656 @kindex s ]
27657 @pindex calc-store-plus
27658 @pindex calc-store-minus
27659 @pindex calc-store-times
27660 @pindex calc-store-div
27661 @pindex calc-store-power
27662 @pindex calc-store-concat
27663 @pindex calc-store-neg
27664 @pindex calc-store-inv
27665 @pindex calc-store-decr
27666 @pindex calc-store-incr
27667 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27668 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27669 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27670 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27671 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27672 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27674 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27675 order of the operands.  If @cite{v} represents the contents of the
27676 variable, and @cite{a} is the value drawn from the stack, then regular
27677 @w{@kbd{s -}} assigns @c{$v \coloneq v - a$}
27678 @cite{v := v - a}, but @kbd{I s -} assigns
27679 @c{$v \coloneq a - v$}
27680 @cite{v := a - v}.  While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27681 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27682 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27683 forwards and backwards:
27685 @example
27686 @group
27687 s +        v := v + a          v := a + v
27688 s -        v := v - a          v := a - v
27689 s *        v := v * a          v := a * v
27690 s /        v := v / a          v := a / v
27691 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27692 s |        v := v | a          v := a | v
27693 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27694 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27695 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27696 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27697 @end group
27698 @end example
27700 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27701 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27702 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27703 minus-two minus the variable.
27705 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27706 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27707 arithmetic stores that don't remove the value @cite{a} from the stack.
27709 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27710 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27711 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27712 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27713 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27714 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27715 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27717 @kindex s m
27718 @pindex calc-store-map
27719 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27720 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27721 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27722 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27723 all you do is type the Calc command key that would invoke that
27724 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
27725 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
27726 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
27727 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
27728 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
27729 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
27731 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
27732 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
27733 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @cite{a}
27734 on the stack computes @cite{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
27735 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
27736 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
27737 equivalent to @kbd{I s -}.
27739 @kindex s x
27740 @pindex calc-store-exchange
27741 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
27742 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
27743 variable must already have a stored value for this to work.
27745 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
27746 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
27747 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
27749 @kindex s u
27750 @pindex calc-unstore
27751 @cindex Void variables
27752 @cindex Un-storing variables
27753 Until you store something in them, variables are ``void,'' that is, they
27754 contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula they
27755 will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
27756 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
27757 void state.@refill
27759 The only variables with predefined values are the ``special constants''
27760 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
27761 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
27762 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
27763 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
27764 you change the value of one of these variables, or of one of the other
27765 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
27766 normally void).
27768 Note that @code{var-pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored
27769 in it, but rather a special magic value that evaluates to @c{$\pi$}
27770 @cite{pi}
27771 at the current precision.  Likewise @code{var-e}, @code{var-i}, and
27772 @code{var-phi} evaluate according to the current precision or polar mode.
27773 If you recall a value from @code{pi} and store it back, this magic
27774 property will be lost.
27776 @kindex s c
27777 @pindex calc-copy-variable
27778 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
27779 value of one variable to another.  It differs from a simple @kbd{s r}
27780 followed by an @kbd{s t} in two important ways.  First, the value never
27781 goes on the stack and thus is never rounded, evaluated, or simplified
27782 in any way; it is not even rounded down to the current precision.
27783 Second, the ``magic'' contents of a variable like @code{var-e} can
27784 be copied into another variable with this command, perhaps because
27785 you need to unstore @code{var-e} right now but you wish to put it
27786 back when you're done.  The @kbd{s c} command is the only way to
27787 manipulate these magic values intact.
27789 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
27790 @section Recalling Variables
27792 @noindent
27793 @kindex s r
27794 @pindex calc-recall
27795 @cindex Recalling variables
27796 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
27797 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
27798 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
27799 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
27800 an error to try to recall a void variable.
27802 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
27803 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
27804 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
27805 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
27806 latter will produce an error message.
27808 @kindex r 0-9
27809 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
27810 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
27811 in the current version of Calc.)
27813 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
27814 @section Other Operations on Variables
27816 @noindent
27817 @kindex s e
27818 @pindex calc-edit-variable
27819 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
27820 value of a variable without ever putting that value on the stack
27821 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
27822 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
27823 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
27824 empty when you press @kbd{M-# M-#} to finish, the variable will
27825 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
27826 description of editing.
27828 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
27829 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
27830 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
27831 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
27832 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
27833 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
27834 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
27835 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
27836 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
27837 as a side effect of putting the value on the stack.
27839 @kindex s A
27840 @kindex s D
27841 @ignore
27842 @mindex @idots
27843 @end ignore
27844 @kindex s E
27845 @ignore
27846 @mindex @null
27847 @end ignore
27848 @kindex s F
27849 @ignore
27850 @mindex @null
27851 @end ignore
27852 @kindex s G
27853 @ignore
27854 @mindex @null
27855 @end ignore
27856 @kindex s H
27857 @ignore
27858 @mindex @null
27859 @end ignore
27860 @kindex s I
27861 @ignore
27862 @mindex @null
27863 @end ignore
27864 @kindex s L
27865 @ignore
27866 @mindex @null
27867 @end ignore
27868 @kindex s P
27869 @ignore
27870 @mindex @null
27871 @end ignore
27872 @kindex s R
27873 @ignore
27874 @mindex @null
27875 @end ignore
27876 @kindex s T
27877 @ignore
27878 @mindex @null
27879 @end ignore
27880 @kindex s U
27881 @ignore
27882 @mindex @null
27883 @end ignore
27884 @kindex s X
27885 @pindex calc-store-AlgSimpRules
27886 @pindex calc-store-Decls
27887 @pindex calc-store-EvalRules
27888 @pindex calc-store-FitRules
27889 @pindex calc-store-GenCount
27890 @pindex calc-store-Holidays
27891 @pindex calc-store-IntegLimit
27892 @pindex calc-store-LineStyles
27893 @pindex calc-store-PointStyles
27894 @pindex calc-store-PlotRejects
27895 @pindex calc-store-TimeZone
27896 @pindex calc-store-Units
27897 @pindex calc-store-ExtSimpRules
27898 There are several special-purpose variable-editing commands that
27899 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
27901 @table @kbd
27902 @item s A
27903 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
27904 @item s D
27905 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
27906 @item s E
27907 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
27908 @item s F
27909 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
27910 @item s G
27911 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
27912 @item s H
27913 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
27914 @item s I
27915 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
27916 @item s L
27917 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
27918 @item s P
27919 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
27920 @item s R
27921 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
27922 @item s T
27923 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
27924 @item s U
27925 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
27926 @item s X
27927 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
27928 @end table
27930 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
27931 names rather than prompting for the variable name.
27933 @kindex s p
27934 @pindex calc-permanent-variable
27935 @cindex Storing variables
27936 @cindex Permanent variables
27937 @cindex @file{.emacs} file, veriables
27938 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
27939 variable's value permanently in your @file{.emacs} file, so that its
27940 value will still be available in future Emacs sessions.  You can
27941 re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
27942 only way to remove a saved variable is to edit your @file{.emacs} file
27943 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
27944 use a different file instead of @file{.emacs}.)
27946 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
27947 @kbd{s p @key{RET}}), all @samp{var-} variables with defined values
27948 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
27949 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
27950 and @code{PlotRejects};
27951 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
27952 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
27953 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
27954 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)@refill
27956 @kindex s i
27957 @pindex calc-insert-variables
27958 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
27959 the values of all @samp{var-} variables into a specified buffer.
27960 The variables are written in the form of Lisp @code{setq} commands
27961 which store the values in string form.  You can place these commands
27962 in your @file{.emacs} buffer if you wish, though in this case it
27963 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
27964 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
27965 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
27966 stores in a more human-readable format.)
27968 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
27969 @section The Let Command
27971 @noindent
27972 @kindex s l
27973 @pindex calc-let
27974 @cindex Variables, temporary assignment
27975 @cindex Temporary assignment to variables
27976 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
27977 compute its value where @cite{b=3}, you can simply store 3 in @cite{b} and
27978 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
27979 of leaving the stored value of 3 in @cite{b} for future operations.
27981 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
27982 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
27983 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
27984 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
27985 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
27986 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
27987 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
27988 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
27989 by these commands.
27991 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
27992 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
27993 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
27995 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
27996 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
27997 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
27999 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28000 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28001 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28002 example, letting @cite{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28003 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28004 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28006 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
28007 @section The Evaluates-To Operator
28009 @noindent
28010 @tindex evalto
28011 @tindex =>
28012 @cindex Evaluates-to operator
28013 @cindex @samp{=>} operator
28014 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28015 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28016 other language modes like Pascal and @TeX{}.)  This is a binary
28017 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28018 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28020 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28021 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28022 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28023 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28024 command according to all current modes and stored variable values,
28025 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28027 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28028 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28029 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28031 @kindex s =
28032 @pindex calc-evalto
28033 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28034 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28035 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28036 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28037 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28039 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28040 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28041 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28042 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28043 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28044 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28045 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28046 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28047 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28048 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28049 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28050 make a concise display of all the variables in your problem.
28051 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28052 which provides a slightly different format of display.  You
28053 can use whichever you find easiest to read.)
28055 @kindex m C
28056 @pindex calc-auto-recompute
28057 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28058 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28059 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28060 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28061 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28062 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28063 before you look at the @samp{=>} entries again.
28065 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28066 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28067 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28068 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28069 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28070 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28071 @kbd{j u} to unselect.
28073 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28074 including the current simplification mode.  Recall that the
28075 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28076 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28077 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28078 to enable an algebraic-simplification mode in which the
28079 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28080 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28081 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28082 algebraic-simplification mode, the result will be
28083 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28084 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28085 because the righthand side depends only on the lefthand side
28086 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28087 affected by commands like @kbd{a s}.
28089 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28090 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28091 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28092 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28093 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28094 side will temporarily show this value for the variable.  In
28095 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28096 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28097 that the next command that causes Calc to look at those stack
28098 entries will make them revert to the old variable value.
28100 @smallexample
28101 @group
28102 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28103 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28104     .                      .                   .
28106                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28107 @end group
28108 @end smallexample
28110 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28111 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28112 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28113 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28114 operators on the stack to be recomputed without any other
28115 side effects.
28117 @kindex s :
28118 @pindex calc-assign
28119 @tindex assign
28120 @tindex :=
28121 Embedded Mode also uses @samp{=>} operators.  In embedded mode,
28122 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28123 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28124 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28125 by itself.  But Embedded Mode recognizes it and marks it as a sort
28126 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28127 operators in algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28128 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28129 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28131 @xref{TeX Language Mode}, for the way @samp{=>} appears in
28132 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28133 treatment to @samp{=>}.
28135 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28136 @chapter Graphics
28138 @noindent
28139 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28140 uses GNUPLOT 2.0 or 3.0 to do graphics.  These commands will only work
28141 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28142 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28143 However, it is free software and can be obtained from the Free
28144 Software Foundation's machine @samp{prep.ai.mit.edu}.)
28146 @vindex calc-gnuplot-name
28147 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28148 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28149 in your @file{.emacs} file.  You may also need to set some Lisp
28150 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28151 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28152 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28153 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 and you are not using X,
28154 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28155 graphics that will work on any terminal.
28157 @menu
28158 * Basic Graphics::
28159 * Three Dimensional Graphics::
28160 * Managing Curves::
28161 * Graphics Options::
28162 * Devices::
28163 @end menu
28165 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28166 @section Basic Graphics
28168 @noindent
28169 @kindex g f
28170 @pindex calc-graph-fast
28171 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28172 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28173 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28174 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28175 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28176 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28177 commands) and displays the set of data points.  The points will
28178 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28179 to indicate the points themselves.
28181 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28182 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28183 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28185 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28186 sequence of ``x'' values @cite{x}, @cite{x+1}, @cite{x+2}, etc.
28187 (Generally the number 0 or 1 would be used for @cite{x} in this case.)
28189 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28190 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28191 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28192 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28193 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28194 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28195 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28196 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28197 or an interval if ``y'' is a formula.)
28199 @ignore
28200 @starindex
28201 @end ignore
28202 @tindex xy
28203 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28204 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28205 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28206 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28207 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28208 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28209 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28210 will be a circle.@refill
28212 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28213 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28214 variables.
28216 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28217 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28218 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28219 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28220 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28221 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28223 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28224 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28226 @cindex @code{PlotRejects} variable
28227 @vindex PlotRejects
28228 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28229 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28230 this vector for every data point which was rejected because its
28231 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28232 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28233 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28234 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28235 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28236 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28237 @code{PlotRejects}.
28239 @kindex g c
28240 @pindex calc-graph-clear
28241 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28242 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28243 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28244 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28245 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28246 window if there is one.
28248 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28249 @section Three-Dimensional Graphics
28251 @kindex g F
28252 @pindex calc-graph-fast-3d
28253 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28254 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28255 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28257 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28258 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28259 are several options for these values.
28261 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28262 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28263 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28264 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28265 result is a surface plot where @c{$z_{ij}$}
28266 @cite{z_ij} is the height of the point
28267 at coordinate @cite{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28268 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28269 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28270 buffer as described later.  See the GNUPLOT 3.0 documentation for a
28271 description of the @samp{set view} command.
28273 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28274 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28276 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28277 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28278 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28279 of values from the input vectors.
28281 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28282 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28283 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28284 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28285 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28286 3D surface.
28288 @ignore
28289 @starindex
28290 @end ignore
28291 @tindex xyz
28292 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28293 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28294 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28295 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28296 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28297 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28298 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28299 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28300 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28301 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28302 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28303 vectors with more than 5 elements.
28305 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28306 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28307 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28308 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28309 helix (a three-dimensional spiral).
28311 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28312 variables containing the relevant data.
28314 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28315 @section Managing Curves
28317 @noindent
28318 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28319 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28320 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28321 by using these commands directly.
28323 @kindex g a
28324 @pindex calc-graph-add
28325 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28326 represented by the two values on the top of the stack to the current
28327 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28328 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28329 on the same axes.
28331 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28332 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28333 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28334 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28335 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28336 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28337 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28338 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28339 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28340 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28341 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28342 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28343 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28345 @vindex PlotData1
28346 @vindex PlotData2
28347 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28348 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28349 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28350 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28351 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28352 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28353 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28354 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28356 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28357 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28358 argument @cite{n}, the top @cite{n} stack entries are ``y'' values
28359 for @cite{n} different curves which share a common ``x'' value in
28360 the @cite{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28361 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28363 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28364 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28365 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28367 A negative prefix argument tells Calc to read @cite{n} vectors from
28368 the stack; each vector @cite{[x, y]} describes an independent curve.
28369 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28370 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28371 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28372 they are to look nice on the same graph.)
28374 For example, to plot @c{$\sin n x$}
28375 @cite{sin(n x)} for integers @cite{n}
28376 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28377 (@cite{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28378 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28379 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28380 command.
28382 @kindex g A
28383 @pindex calc-graph-add-3d
28384 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28385 to the graph.  It is not legal to intermix 2D and 3D curves in a
28386 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28387 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @cite{n}, it
28388 takes @cite{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @cite{n}
28389 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28390 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28391 prefix @cite{-n}, it takes @cite{n} vectors of the form @cite{[x, y, z]}.
28392 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28393 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28395 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28396 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28397 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28398 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28399 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28400 check for this.)
28402 @kindex g d
28403 @pindex calc-graph-delete
28404 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28405 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28406 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28407 it deletes all of the curves from the graph.
28409 @kindex g H
28410 @pindex calc-graph-hide
28411 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28412 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28413 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28414 point styles will be retained.
28416 @kindex g j
28417 @pindex calc-graph-juggle
28418 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28419 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28420 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28421 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28422 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28423 affect the last curve in the list.
28425 @kindex g p
28426 @pindex calc-graph-plot
28427 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28428 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28429 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28430 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28431 command are written to a temporary data file and the variable names
28432 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28433 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28434 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28435 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28437 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28438 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28439 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28440 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28441 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28442 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28443 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28445 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28446 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28447 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28448 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28449 function, and computes and inserts a new data point midway between
28450 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28451 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28453 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28454 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28455 the current graph is three-dimensional.
28457 @kindex g P
28458 @pindex calc-graph-print
28459 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28460 except that it sends the output to a printer instead of to the
28461 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28462 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28463 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28464 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28465 uses a different set of default values.  All of these values are
28466 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28467 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28468 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28469 always plot to the printer.
28471 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28472 @section Graphics Options
28474 @noindent
28475 @kindex g g
28476 @pindex calc-graph-grid
28477 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28478 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28479 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28480 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28481 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28482 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28484 @kindex g b
28485 @pindex calc-graph-border
28486 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28487 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28488 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28490 @kindex g k
28491 @pindex calc-graph-key
28492 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28493 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28494 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28495 off by default, and is only really useful if you have several
28496 curves on the same graph.
28498 @kindex g N
28499 @pindex calc-graph-num-points
28500 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28501 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28502 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28503 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28504 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28505 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28506 a blank line, displays the default number of points used for all
28507 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28508 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28509 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28510 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @cite{5^2 = 25} points
28511 will be computed for the surface.
28513 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28514 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28515 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28516 it will not be.  For example, plotting @cite{1 + x} with @cite{x} in the
28517 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28518 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28519 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28520 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28521 there is no keystroke-based command to set the precision.
28523 @kindex g h
28524 @pindex calc-graph-header
28525 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28526 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28527 The default title is blank (no title).
28529 @kindex g n
28530 @pindex calc-graph-name
28531 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28532 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28533 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28534 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28535 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28536 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28537 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28538 not used.
28540 @kindex g t
28541 @kindex g T
28542 @pindex calc-graph-title-x
28543 @pindex calc-graph-title-y
28544 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28545 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28546 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28547 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28548 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28549 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28550 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28552 @kindex g r
28553 @kindex g R
28554 @pindex calc-graph-range-x
28555 @pindex calc-graph-range-y
28556 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28557 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28558 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28559 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28560 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28561 default behavior of setting the range based on the range of values
28562 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28563 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28564 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28566 @kindex g l
28567 @kindex g L
28568 @pindex calc-graph-log-x
28569 @pindex calc-graph-log-y
28570 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28571 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28572 be logarithmic instead of linear.
28574 @kindex g C-l
28575 @kindex g C-r
28576 @kindex g C-t
28577 @pindex calc-graph-log-z
28578 @pindex calc-graph-range-z
28579 @pindex calc-graph-title-z
28580 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28581 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28582 for the ``z'' axis.
28584 @kindex g z
28585 @kindex g Z
28586 @pindex calc-graph-zero-x
28587 @pindex calc-graph-zero-y
28588 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28589 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28590 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28591 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28592 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28593 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28594 not available for 3D plots.
28596 @kindex g s
28597 @pindex calc-graph-line-style
28598 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28599 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28600 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28601 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28602 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28603 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28604 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28605 available for any device.
28607 @kindex g S
28608 @pindex calc-graph-point-style
28609 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28610 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28611 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28612 tiny dots.
28614 @cindex @code{LineStyles} variable
28615 @cindex @code{PointStyles} variable
28616 @vindex LineStyles
28617 @vindex PointStyles
28618 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28619 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28620 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28621 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28622 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28623 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28624 the style be chosen automatically, or @i{-1} to turn off lines or points
28625 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28626 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28627 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28629 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28630 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28631 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28632 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28633 @code{PointStyles} to define them, too.
28635 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
28636 @section Graphical Devices
28638 @noindent
28639 @kindex g D
28640 @pindex calc-graph-device
28641 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28642 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28643 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28644 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28645 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28647 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28648 the default device name, used by all plots in the future which do
28649 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28650 blank line this command shows you the current default.  The special
28651 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28652 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28653 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28654 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28655 This is the initial default value.
28657 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28658 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28659 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28660 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28661 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28662 dumb terminals will be @c{$80\times24$}
28663 @asis{80x24} characters.  The graph is displayed in
28664 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{M-# M-#} to exit
28665 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28666 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28668 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28669 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28670 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28671 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28672 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28673 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28674 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28675 of the four directions.
28677 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28678 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28679 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28680 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28681 plot on any text-only printer.
28683 @kindex g O
28684 @pindex calc-graph-output
28685 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28686 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28687 there is no output file and this information is not used.  Many other
28688 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28689 cases the output in the desired format goes into the file you name
28690 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
28691 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28692 This is the default setting.
28694 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28695 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28696 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28697 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28698 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28699 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28700 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28701 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
28702 to Emacs afterwards to refresh the screen.
28704 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
28705 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
28706 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
28707 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
28708 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
28709 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
28711 The default and printer devices and output files can be saved
28712 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
28713 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
28714 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
28715 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
28716 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28718 @vindex calc-gnuplot-plot-command
28719 @vindex calc-gnuplot-default-device
28720 @vindex calc-gnuplot-default-output
28721 @vindex calc-gnuplot-print-command
28722 @vindex calc-gnuplot-print-device
28723 @vindex calc-gnuplot-print-output
28724 If you are installing Calc you may wish to configure the default and
28725 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
28726 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
28727 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
28728 file names must be either strings as described above, or Lisp
28729 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
28731 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
28732 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
28733 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
28734 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
28735 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
28736 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
28737 to display or print the output.
28739 @kindex g x
28740 @pindex calc-graph-display
28741 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
28742 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
28743 a blank line to see the current display name.  This command has no
28744 effect unless the current device is @code{x11}.
28746 @kindex g X
28747 @pindex calc-graph-geometry
28748 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
28749 command for specifying the position and size of the X window.
28750 The normal value is @code{default}, which generally means your
28751 window manager will let you place the window interactively.
28752 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
28753 window in the upper-left corner of the screen.
28755 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
28756 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
28757 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
28758 error message has appeared here and display the buffer for you when
28759 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
28760 something has gone wrong.
28762 @kindex g C
28763 @pindex calc-graph-command
28764 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
28765 enter any line of text, then simply sends that line to the current
28766 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
28767 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
28768 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
28770 @kindex g v
28771 @kindex g V
28772 @pindex calc-graph-view-commands
28773 @pindex calc-graph-view-trail
28774 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
28775 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
28776 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
28777 This happens automatically when Calc thinks there is something you
28778 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
28779 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
28780 buffer is hidden again.
28782 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
28783 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
28784 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
28785 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
28786 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
28787 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
28788 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
28789 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
28790 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
28791 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
28792 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
28793 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
28794 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
28795 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
28796 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
28797 with @kbd{g p}.
28799 @kindex g q
28800 @pindex calc-graph-quit
28801 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
28802 process that is running.  The next graphing command you give will
28803 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
28804 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
28805 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
28806 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
28808 @kindex g K
28809 @pindex calc-graph-kill
28810 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
28811 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
28812 you can see the process being killed.  This is better if you are
28813 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
28815 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
28816 @chapter Kill and Yank Functions
28818 @noindent
28819 The commands in this chapter move information between the Calculator and
28820 other Emacs editing buffers.
28822 In many cases Embedded Mode is an easier and more natural way to
28823 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
28825 @menu
28826 * Killing From Stack::
28827 * Yanking Into Stack::
28828 * Grabbing From Buffers::
28829 * Yanking Into Buffers::
28830 * X Cut and Paste::
28831 @end menu
28833 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
28834 @section Killing from the Stack
28836 @noindent
28837 @kindex C-k
28838 @pindex calc-kill
28839 @kindex M-k
28840 @pindex calc-copy-as-kill
28841 @kindex C-w
28842 @pindex calc-kill-region
28843 @kindex M-w
28844 @pindex calc-copy-region-as-kill
28845 @cindex Kill ring
28846 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
28847 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
28848 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
28849 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
28850 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
28851 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
28852 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
28853 into the kill ring without deleting anything.
28855 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
28856 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
28857 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
28858 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
28859 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
28860 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
28861 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
28862 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
28864 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
28865 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @cite{n-1}
28866 lines below it.  A negative argument kills the @cite{-n} lines above the
28867 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
28868 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
28869 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
28870 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
28871 newline.
28873 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
28874 @section Yanking into the Stack
28876 @noindent
28877 @kindex C-y
28878 @pindex calc-yank
28879 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
28880 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
28881 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
28882 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
28883 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
28884 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
28885 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
28886 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
28887 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
28888 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
28889 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
28890 difference.)
28892 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
28893 @section Grabbing from Other Buffers
28895 @noindent
28896 @kindex M-# g
28897 @pindex calc-grab-region
28898 The @kbd{M-# g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
28899 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
28900 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
28901 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
28902 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
28903 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
28904 If the @kbd{M-# g} command works successfully, it does an automatic
28905 @kbd{M-# c} to enter the Calculator buffer.
28907 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
28908 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
28909 @cite{n}th following newline (so that @kbd{M-1 M-# g} grabs from point
28910 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
28911 back to the @cite{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
28912 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
28913 delete given that prefix argument.
28915 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
28916 line.
28918 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
28919 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
28920 @kbd{M-# g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
28921 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u M-# g} on the same region
28922 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
28923 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
28924 vector of one element by plain @kbd{M-# g} because the interpretation
28925 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
28927 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
28928 the grabbed text will be interpreted according to that language.
28930 @kindex M-# r
28931 @pindex calc-grab-rectangle
28932 The @kbd{M-# r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
28933 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
28934 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
28935 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
28936 whose contents are parsed.
28938 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
28939 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
28940 only if every row contains the same number of values.
28942 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
28943 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
28944 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
28945 is ignored.
28947 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
28948 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
28949 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
28950 force this interpretation (even if the line contains bracketed
28951 portions), give a negative numeric prefix argument to the
28952 @kbd{M-# r} command.
28954 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
28955 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
28956 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u M-# r} will be a
28957 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
28958 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{M-# r}} will interpret this as
28959 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
28960 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u M-# r} will interpret this row
28961 as @samp{[2*a]}.
28963 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
28964 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
28965 separately as a matrix element.  If a line contained
28966 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
28967 would correctly split the line into two error forms.@refill
28969 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
28970 constituent rows and columns.  (If it is a @c{$1\times1$}
28971 @asis{1x1} matrix, just hit @kbd{v u}
28972 (@code{calc-unpack}) twice.)
28974 @kindex M-# :
28975 @kindex M-# _
28976 @pindex calc-grab-sum-across
28977 @pindex calc-grab-sum-down
28978 @cindex Summing rows and columns of data
28979 The @kbd{M-# :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
28980 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
28981 typing @kbd{M-# r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
28982 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
28983 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
28984 in the input data.  The @kbd{M-# _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
28985 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
28987 As well as being more convenient, @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are also
28988 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
28989 the stack.  In a @kbd{M-# r V R : +} sequence, formatting the vector
28990 for display on the stack takes a large fraction of the total time
28991 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
28993 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
28994 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
28995 set the mark; go to the other corner and type @kbd{M-# :}.  Since there
28996 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
28997 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
28998 you want to do further arithmetic with it.)
29000 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29001 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29002 Use @kbd{M-# r} to grab the column of numbers into the calculator in
29003 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29004 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29005 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29006 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29008 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29009 @section Yanking into Other Buffers
29011 @noindent
29012 @kindex y
29013 @pindex calc-copy-to-buffer
29014 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29015 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29016 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29017 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29018 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29019 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29020 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29021 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29023 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29024 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29025 of the stack.  A negative argument inserts the @cite{n}th value from the
29026 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29027 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29028 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29029 latter strips off the trailing newline.
29031 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29032 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29033 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29034 @kbd{M-# g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29035 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29036 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29037 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29038 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29039 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29040 @kbd{M-# g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{M-# r}).@refill
29042 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29043 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29044 overwrite the characters following point rather than being inserted
29045 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29046 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29047 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29048 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29049 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29050 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29051 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29052 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29053 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29054 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29055 to overwriting one complete number with another.
29057 @kindex M-# y
29058 The @kbd{M-# y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29059 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29060 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29062 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29063 @section X Cut and Paste
29065 @noindent
29066 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29067 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29068 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29070 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29071 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29072 select the text between the cursor and the clicked location, and
29073 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29074 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29075 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29076 to select a number, vector, or formula from one window, then
29077 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29078 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29079 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29080 new value is always pushed onto the top of the stack.
29082 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29083 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29084 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29085 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29086 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29087 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29088 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29089 in the Calc window.
29091 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Introduction
29092 @chapter ``Keypad'' Mode
29094 @noindent
29095 @kindex M-# k
29096 @pindex calc-keypad
29097 The @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29098 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29099 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29100 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29101 The original window remains the selected window; in keypad mode
29102 you can type in your file while simultaneously performing
29103 calculations with the mouse.
29105 @pindex full-calc-keypad
29106 If you have used @kbd{M-# b} first, @kbd{M-# k} instead invokes
29107 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29108 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29109 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29110 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29112 If you aren't using the X window system, you must switch into
29113 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29114 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29115 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29117 Calc commands are more or less the same in keypad mode.  Certain
29118 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29119 keystrokes; all such deviations are described below.
29121 Keypad Mode includes many more commands than will fit on the keypad
29122 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29123 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29124 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29125 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29126 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29127 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29128 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29130 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29131 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29132 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29133 original buffer.
29135 @menu
29136 * Keypad Main Menu::
29137 * Keypad Functions Menu::
29138 * Keypad Binary Menu::
29139 * Keypad Vectors Menu::
29140 * Keypad Modes Menu::
29141 @end menu
29143 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29144 @section Main Menu
29146 @smallexample
29147 @group
29148 |----+-----Calc 2.00-----+----1
29149 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29150 |----+----+----+----+----+----|
29151 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29152 |----+----+----+----+----+----|
29153 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29154 |----+----+----+----+----+----|
29155 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29156 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29157 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29158 |-----+-----+-----+-----+-----|
29159 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29160 |-----+-----+-----+-----+-----|
29161 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29162 |-----+-----+-----+-----+-----|
29163 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29164 |-----+-----+-----+-----+-----+
29165 @end group
29166 @end smallexample
29168 @noindent
29169 This is the menu that appears the first time you start Keypad Mode.
29170 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29171 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29172 screen you will be able to see the top three stack entries.
29174 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29175 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29176 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29177 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29178 or any other function key.
29180 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29181 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29182 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29183 stack.
29185 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29186 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad Mode
29187 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29188 below and in the following sections.
29190 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29191 duplicates the top entry on the stack.
29193 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29194 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29195 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29197 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29198 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29199 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29200 the stack, then removes that many additional stack elements.
29202 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29203 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29204 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29205 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29206 nothing ``magic'' about this window when Keypad Mode is active.
29208 The other keys in this display perform their obvious calculator
29209 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29210 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29211 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29213 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29214 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29215 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29216 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29218 @table @kbd
29219 @item INV +/-
29220 is the same as @key{1/x}.
29221 @item INV +
29222 is the same as @key{SQRT}.
29223 @item INV -
29224 is the same as @key{CONJ}.
29225 @item INV *
29226 is the same as @key{y^x}.
29227 @item INV /
29228 is the same as @key{INV y^x} (the @cite{x}th root of @cite{y}).
29229 @item HYP/INV 1
29230 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29231 @item HYP/INV 2
29232 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29233 @item HYP/INV 3
29234 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29235 @item INV/HYP 4
29236 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29237 @item INV/HYP 5
29238 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29239 @item INV 6
29240 is the same as @key{ABS}.
29241 @item INV 7
29242 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29243 @item INV 8
29244 is the same as @key{CLN2}.
29245 @item INV 9
29246 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29247 @item INV 0
29248 is the same as @key{IMAG}.
29249 @item INV .
29250 is the same as @key{PREC}.
29251 @item INV ENTER
29252 is the same as @key{SWAP}.
29253 @item HYP ENTER
29254 is the same as @key{RLL3}.
29255 @item INV HYP ENTER
29256 is the same as @key{OVER}.
29257 @item HYP +/-
29258 packs the top two stack entries as an error form.
29259 @item HYP EEX
29260 packs the top two stack entries as a modulo form.
29261 @item INV EEX
29262 creates an interval form; this removes an integer which is one
29263 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29264 by the two limits of the interval.
29265 @end table
29267 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{M-# k} or @kbd{M-# M-#}
29268 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29269 hitting @kbd{M-# c} again in the normal calculator.  If Calc is
29270 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29271 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29272 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29274 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29275 @section Functions Menu
29277 @smallexample
29278 @group
29279 |----+----+----+----+----+----2
29280 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29281 |----+----+----+----+----+----|
29282 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29283 |----+----+----+----+----+----|
29284 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29285 |----+----+----+----+----+----|
29286 @end group
29287 @end smallexample
29289 @noindent
29290 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29291 prefix keys.
29293 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29294 number @cite{i = (0, 1)}.
29296 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29297 extracts the imaginary part.
29299 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29300 a random number greater than or equal to zero but less than that
29301 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29302 again'' command; it computes another random number using the
29303 same limit as last time.
29305 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29307 @key{INV FACT} is the gamma function.  @c{$\Gamma(x) = (x-1)!$}
29308 @cite{gamma(x) = (x-1)!}.
29310 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29311 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29313 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29314 finds the previous prime.
29316 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29317 @section Binary Menu
29319 @smallexample
29320 @group
29321 |----+----+----+----+----+----3
29322 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29323 |----+----+----+----+----+----|
29324 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29325 |----+----+----+----+----+----|
29326 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29327 |----+----+----+----+----+----|
29328 @end group
29329 @end smallexample
29331 @noindent
29332 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29333 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29334 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29336 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29337 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29339 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29340 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29341 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29342 for entering hexadecimal numbers.
29344 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29345 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29346 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29347 The initial word size is 32 bits.
29349 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29350 @section Vectors Menu
29352 @smallexample
29353 @group
29354 |----+----+----+----+----+----4
29355 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29356 |----+----+----+----+----+----|
29357 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29358 |----+----+----+----+----+----|
29359 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29360 |----+----+----+----+----+----|
29361 @end group
29362 @end smallexample
29364 @noindent
29365 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29367 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29368 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29369 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29370 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29371 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29372 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29373 rows into a matrix.
29375 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29376 components separately.
29378 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29379 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29380 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29381 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29382 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29384 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29385 identity matrix.
29387 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29389 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29391 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29392 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29394 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29395 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29396 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29397 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29399 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29400 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29401 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29403 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29404 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29405 @key{HYP MAX} computes the median.
29407 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29408 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29409 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29410 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29411 all the elements of a vector.
29413 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29414 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29415 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29416 second-to-top position and matches them to the variables in
29417 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29418 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29419 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29420 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29421 the formula @samp{x^y}.
29423 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @cite{x} onto the
29424 stack.  To build the formula @cite{x^2 + 6}, you would use the
29425 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29426 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29427 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29428 @kbd{"x"} key pushes the variable names @cite{y}, @cite{z}, and
29429 @cite{t}, respectively.
29431 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29432 @section Modes Menu
29434 @smallexample
29435 @group
29436 |----+----+----+----+----+----5
29437 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29438 |----+----+----+----+----+----|
29439 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29440 |----+----+----+----+----+----|
29441 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29442 |----+----+----+----+----+----|
29443 @end group
29444 @end smallexample
29446 @noindent
29447 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29449 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29450 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29451 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29452 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29453 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29455 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29456 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29457 well as to the left.
29459 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29460 for trigonometric functions.
29462 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29463 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29464 fractional or floating-point results.
29466 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29467 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29469 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29470 operations that would produce inexact floating-point results
29471 are left unevaluated as algebraic formulas.
29473 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29474 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29476 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29477 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29478 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29479 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29481 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29482 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29483 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29484 variables are not available in Keypad Mode.)  You can also use,
29485 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29487 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29488 @chapter Embedded Mode
29490 @noindent
29491 Embedded Mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29492 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29493 stack.  In Embedded Mode, your editing buffer becomes temporarily
29494 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29496 @menu
29497 * Basic Embedded Mode::
29498 * More About Embedded Mode::
29499 * Assignments in Embedded Mode::
29500 * Mode Settings in Embedded Mode::
29501 * Customizing Embedded Mode::
29502 @end menu
29504 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29505 @section Basic Embedded Mode
29507 @noindent
29508 @kindex M-# e
29509 @pindex calc-embedded
29510 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29511 formula in any buffer and press @kbd{M-# e} (@code{calc-embedded}).
29512 Note that @kbd{M-# e} is not to be used in the Calc stack buffer
29513 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29514 are visiting your own files.
29516 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29517 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29518 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded Mode
29519 understands are:
29521 @enumerate
29522 @item
29523 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29524 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29525 @item
29526 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end};
29527 @item
29528 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29529 @item
29530 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29531 @item
29532 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29533 @end enumerate
29535 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29536 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29537 on their own separate lines or in-line with the formula.
29539 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29540 instead uses the current point as one end of the formula, and moves
29541 forward or backward (respectively) by that many lines to find the
29542 other end.  Explicit delimiters are not necessary in this case.
29544 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region
29545 (delimited by point and mark) instead of formula delimiters.
29547 @kindex M-# w
29548 @pindex calc-embedded-word
29549 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, Calc scans for the first
29550 non-numeric character (i.e., the first character that is not a
29551 digit, sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e})
29552 forward and backward to delimit the formula.  @kbd{M-# w}
29553 (@code{calc-embedded-word}) is equivalent to @kbd{C-u M-# e}.
29555 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29556 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29557 It's best if the current Calc language mode is correct for the
29558 formula, but Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29559 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29560 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29561 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29562 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29563 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29564 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29565 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29566 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29568 If you press @kbd{M-# e} or @kbd{M-# w} to activate an embedded
29569 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29570 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29571 an algebraic entry.
29573 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29574 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29575 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29576 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29577 not affected by Embedded mode.
29579 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29580 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29581 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29582 You can create a Calc window by hand with @kbd{M-# o} if you
29583 find you need to see the entire stack.
29585 For example, typing @kbd{M-# e} while somewhere in the formula
29586 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29587 inequality:
29589 @example
29590 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29591 @end example
29593 @noindent
29594 The formula @cite{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29595 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29596 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29597 to match Calc's usual display style:
29599 @example
29600 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29601 @end example
29603 @noindent
29604 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29605 in a different formula, one which we have not yet touched with
29606 Embedded mode.
29608 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29609 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29610 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29611 This is a selection-based command for which we first need to
29612 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29613 needs to be commuted.
29615 @example
29616 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29617 @end example
29619 The @kbd{M-# o} command is a useful way to open a Calc window
29620 without actually selecting that window.  Giving this command
29621 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29622 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29624 @example
29625 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29626 @end example
29628 @noindent
29629 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29630 at this point will exchange the two stack values and restore
29631 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29632 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29633 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29634 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29635 stack at any given time (unless you use @kbd{M-# o}).
29637 Typing @kbd{M-# e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29638 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29639 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29640 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29641 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29642 that happens on the stack is entirely your business as far as
29643 Embedded mode is concerned.
29645 If you press @kbd{M-# e} in the wrong place by accident, it is
29646 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29647 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29648 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29649 press @kbd{M-# e} again to exit Embedded mode, then give the
29650 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29651 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29652 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29653 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29654 you haven't done anything with this formula yet.
29656 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29657 @section More About Embedded Mode
29659 @noindent
29660 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29661 the formula for the first time since the buffer was created or
29662 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29663 written.  If the formula contains any @TeX{}-like @samp{\} sequences,
29664 it is parsed (i.e., read) in @TeX{} mode.  If the formula appears to
29665 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29666 it is parsed according to the current language mode.
29668 Note that Calc does not change the current language mode according
29669 to what it finds.  Even though it can read a @TeX{} formula when
29670 not in @TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29671 whatever language mode is in effect.  You must then type @kbd{d T}
29672 to switch Calc permanently into @TeX{} mode if that is what you
29673 desire.
29675 @tex
29676 \bigskip
29677 @end tex
29679 @kindex d p
29680 @pindex calc-show-plain
29681 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29682 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29683 specify matrix display styles which the parser is unable to
29684 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29685 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29686 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29687 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29688 front, it reads the plain version and ignores the formatted
29689 version.
29691 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
29692 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
29693 character begins a comment in @TeX{}, so if your formula is
29694 embedded in a @TeX{} document its plain version will be
29695 invisible in the final printed copy.  @xref{Customizing
29696 Embedded Mode}, to see how to change the ``plain'' formula
29697 delimiters, say to something that @dfn{eqn} or some other
29698 formatter will treat as a comment.
29700 There are several notations which Calc's parser for ``big''
29701 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
29702 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
29703 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
29704 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
29705 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
29706 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
29707 Calc will be able to read your formula later.
29709 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
29710 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
29711 any digits that are computed but not displayed will simply be
29712 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
29713 mode allows you to make sure that the complete number is present
29714 in the file as well as the rounded-down number.
29716 @tex
29717 \bigskip
29718 @end tex
29720 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
29721 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
29722 which is @c{$\pi$}
29723 @cite{pi} to the normal 12 decimal places, and then
29724 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
29725 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
29726 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
29727 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
29728 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
29729 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
29730 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
29731 all non-displayed digits will have been lost unless you used
29732 ``plain'' mode.
29734 @tex
29735 \bigskip
29736 @end tex
29738 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
29739 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
29740 work on it.  For example, you might want to have a sequence
29741 like this in your file (elaborating here on the example from
29742 the ``Getting Started'' chapter):
29744 @smallexample
29745 The derivative of
29747                               ln(ln(x))
29751                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
29753 whose value at x = 2 is
29755                             @r{(the value)}
29757 and at x = 3 is
29759                             @r{(the value)}
29760 @end smallexample
29762 @kindex M-# d
29763 @pindex calc-embedded-duplicate
29764 The @kbd{M-# d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
29765 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{M-# d},
29766 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
29767 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
29768 Embedded mode is then enabled for that copy.
29770 For this example, you would start with just
29772 @smallexample
29773 The derivative of
29775                               ln(ln(x))
29776 @end smallexample
29778 @noindent
29779 and press @kbd{M-# d} with the cursor on this formula.  The result
29782 @smallexample
29783 The derivative of
29785                               ln(ln(x))
29788                               ln(ln(x))
29789 @end smallexample
29791 @noindent
29792 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
29793 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
29794 @kbd{M-# d M-# d} to make two more copies of the derivative.
29795 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
29796 the last formula, then move up to the second-to-last formula
29797 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
29799 Finally, you would want to press @kbd{M-# e} to exit Embedded
29800 mode, then go up and insert the necessary text in between the
29801 various formulas and numbers.
29803 @tex
29804 \bigskip
29805 @end tex
29807 @kindex M-# f
29808 @kindex M-# '
29809 @pindex calc-embedded-new-formula
29810 The @kbd{M-# f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
29811 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
29812 some default delimiters, which are usually just blank lines,
29813 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
29814 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
29815 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
29816 the new delimiters, and pressing @kbd{M-# e}.  The key sequence
29817 @kbd{M-# '} is equivalent to @kbd{M-# f}.
29819 @kindex M-# n
29820 @kindex M-# p
29821 @pindex calc-embedded-next
29822 @pindex calc-embedded-previous
29823 The @kbd{M-# n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{M-# p}
29824 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
29825 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
29826 can take positive or negative prefix arguments to move by several
29827 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
29828 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
29829 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
29830 @kbd{M-# n} and @kbd{M-# p} are a useful way to tell which
29831 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
29832 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
29833 formula, they just move the cursor.  (By the way, @kbd{M-# n} is
29834 not as awkward to type as it may seem, because @kbd{M-#} ignores
29835 Shift and Meta on the second keystroke:  @kbd{M-# M-N} can be typed
29836 by holding down Shift and Meta and alternately typing two keys.)
29838 @kindex M-# `
29839 @pindex calc-embedded-edit
29840 The @kbd{M-# `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
29841 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
29842 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
29843 @kbd{M-# M-#} to finish the edit, or @kbd{M-# x} to cancel.
29845 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
29846 @section Assignments in Embedded Mode
29848 @noindent
29849 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
29850 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
29851 a definition in one formula, then refer to that definition in
29852 other formulas embedded in the same buffer.
29854 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
29856 @example
29857 foo := 5
29858 @end example
29860 @noindent
29861 records @cite{5} as the stored value of @code{foo} for the
29862 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
29863 does @emph{not} actually store @cite{5} as the ``global'' value
29864 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
29865 formulas in other buffers, will not see this assignment.
29867 One way to use this assigned value is simply to create an
29868 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
29869 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
29870 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
29871 is to use @samp{=>} elsewhere:
29873 @example
29874 foo + 7 => 12
29875 @end example
29877 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
29879 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
29880 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
29882 @example
29883 foo := 17
29885 foo + 7 => 24
29886 @end example
29888 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
29889 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
29890 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
29891 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
29892 variable @code{foo} becomes unassigned:
29894 @example
29897 foo + 7 => foo + 7
29898 @end example
29900 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
29901 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
29902 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
29903 Subformulas}, to see how this works).
29905 @kindex M-# j
29906 @pindex calc-embedded-select
29907 The @kbd{M-# j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
29908 easy way to operate on assigments.  It is just like @kbd{M-# e},
29909 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
29910 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
29911 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
29912 A formula can also be a combination of both:
29914 @example
29915 bar := foo + 3 => 20
29916 @end example
29918 @noindent
29919 in which case @kbd{M-# j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
29921 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
29922 mode.
29924 @kindex M-# u
29925 @kindex M-# =
29926 @pindex calc-embedded-update
29927 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
29928 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
29929 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
29930 the change.  The @kbd{M-# u} or @kbd{M-# =}
29931 (@code{calc-embedded-update-formula}) command is a convenient way
29932 to do this.@refill
29934 @example
29935 foo := 6
29937 foo + 7 => 13
29938 @end example
29940 Pressing @kbd{M-# u} is much like pressing @kbd{M-# e = M-# e}, that
29941 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
29942 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{M-# u} does
29943 not actually use @kbd{M-# e}, and in fact another formula somewhere
29944 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{M-# u} and
29945 that formula will not be disturbed.
29947 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# u} updates all active
29948 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
29949 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
29950 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
29951 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
29953 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u M-# u} updates only in the
29954 region between mark and point rather than in the whole buffer.
29956 @kbd{M-# u} is also a handy way to activate a formula, such as an
29957 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
29958 file.
29960 @kindex M-# a
29961 @pindex calc-embedded-activate
29962 The @kbd{M-# a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
29963 through the current buffer and activates all embedded formulas
29964 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
29965 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
29966 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
29967 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
29968 changed.
29970 It is a good idea to type @kbd{M-# a} right after loading a file
29971 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
29972 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
29973 automatically.  The idea is to place near the end of your file
29974 a few lines that look like this:
29976 @example
29977 --- Local Variables: ---
29978 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
29979 --- End: ---
29980 @end example
29982 @noindent
29983 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
29984 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
29985 or omitted altogether; in a @TeX{} file, @samp{%} would be a good
29986 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
29987 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
29988 trailing strings.
29990 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
29991 section like this one at the end of the file.  If it finds this
29992 section, it does the specified things (in this case, running
29993 @kbd{M-# a} automatically) before editing of the file begins.
29994 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
29995 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
29996 page of the file if the file has any page separators.
29997 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
29998 Emacs manual}.
30000 Note that @kbd{M-# a} does not update the formulas it finds.
30001 To do this, type, say, @kbd{M-1 M-# u} after @w{@kbd{M-# a}}.
30002 Generally this should not be a problem, though, because the
30003 formulas will have been up-to-date already when the file was
30004 saved.
30006 Normally, @kbd{M-# a} activates all the formulas it finds, but
30007 any previous active formulas remain active as well.  With a
30008 positive numeric prefix argument, @kbd{M-# a} first deactivates
30009 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30010 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30011 @kbd{M-# a} simply deactivates all formulas.
30013 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30014 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30015 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30016 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{M-# a}
30017 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30018 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30019 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30020 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30021 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30022 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30023 a few formulas one at a time but never use @kbd{M-# a}, or if you
30024 used @kbd{M-# a} but then Calc had to deactivate a formula
30025 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30026 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30027 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- M-# a}).
30029 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30030 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30031 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30032 following assignment is used.
30034 @example
30035 x => 1
30037 x := 1
30039 x => 1
30041 x := 2
30043 x => 2
30044 @end example
30046 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30047 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30048 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30049 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30050 but the automatic linkage between assignments and references works
30051 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30053 If there are no assignments to a given variable, the global
30054 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30055 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30056 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30057 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30058 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30059 @pxref{Operations on Variables}.
30061 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30062 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30063 recomputation off, you will have to use @kbd{M-# u} to update these
30064 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30065 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30066 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 M-# u}
30067 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30068 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30069 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30070 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30071 use @kbd{M-# u} to update the buffer by hand.
30073 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30074 @section Mode Settings in Embedded Mode
30076 @noindent
30077 Embedded Mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30078 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30079 in the file that specify mode settings either global to the entire
30080 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30081 case, different modes can be specified for use when a formula
30082 is the enabled Embedded Mode formula.
30084 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for fraction
30085 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded Mode adds
30086 a line like the following one to the file just before the opening
30087 delimiter of the formula.
30089 @example
30090 % [calc-mode: fractions: t]
30091 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30092 @end example
30094 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30095 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30096 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30097 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30098 the file, or up to a line of the form
30100 @example
30101 % [calc-defaults]
30102 @end example
30104 @noindent
30105 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30106 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30107 ``zone'' of mode settings and another.
30109 If the file contains several annotations for the same mode, the
30110 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30111 formula are never used (except for global annotations, described
30112 below).
30114 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30115 square brackets and the text they enclose.  You can edit the mode
30116 annotations to a style that works better in context if you wish.
30117 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30118 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30119 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30120 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30121 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30123 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30124 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30125 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30126 one.
30128 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30129 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30130 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30131 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30132 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30133 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30134 sure the value is of a legal type or range; if you write an
30135 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30136 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30138 While Embedded Mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30139 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30140 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30141 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30142 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30143 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30145 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30146 that look like this, respectively:
30148 @example
30149 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30150 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30151 @end example
30153 The first kind of annotation will be used only while a formula
30154 is enabled in Embedded Mode.  The second kind will be used only
30155 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30156 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30157 yet, is not relevant here.)
30159 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30160 of the file:
30162 @example
30163 % [calc-global-mode: fractions t]
30164 @end example
30166 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30167 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30168 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30169 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30170 formulas in the file.
30172 Enabling a formula with @kbd{M-# e} causes a fresh scan for local
30173 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30174 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30175 a formula with @kbd{M-# u} will also re-scan the local modes, but
30176 global modes are only re-scanned by @kbd{M-# a}.
30178 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30179 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30180 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30181 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30182 formula has not changed its style to match, even though by the
30183 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30185 @example
30186 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30187 1.23e2
30189 456.
30190 @end example
30192 We would have to go down to the other formula and press @kbd{M-# u}
30193 on it in order to get it to notice the new annotation.
30195 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are @code{Save}
30196 (which works even outside of Embedded Mode), in which mode settings
30197 are recorded permanently in your Emacs startup file @file{~/.emacs}
30198 rather than by annotating the current document, and no-recording
30199 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30200 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30201 annotations at all.
30203 When Embedded Mode is not enabled, mode-recording modes except
30204 for @code{Save} have no effect.
30206 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30207 @section Customizing Embedded Mode
30209 @noindent
30210 You can modify Embedded Mode's behavior by setting various Lisp
30211 variables described here.  Use @kbd{M-x set-variable} or
30212 @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly, or
30213 put a suitable @code{setq} statement in your @file{~/.emacs}
30214 file to set a variable permanently.  (Another possibility would
30215 be to use a file-local variable annotation at the end of the
30216 file; @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30217 Emacs manual}.)
30219 While none of these variables will be buffer-local by default, you
30220 can make any of them local to any embedded-mode buffer.  (Their
30221 values in the @samp{*Calculator*} buffer are never used.)
30223 @vindex calc-embedded-open-formula
30224 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30225 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30226 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30227 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30228 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30229 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30230 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30231 regular expression is not completely plain, let's go through it
30232 in detail.
30234 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30235 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30236 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30237 Lisp program.
30239 The most obvious property of this regular expression is that it
30240 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30241 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30242 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30243 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30244 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30245 So the actual regular expression seen by Calc is
30246 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30248 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30249 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30250 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30251 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30252 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30253 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30255 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30256 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30257 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30258 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30259 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30260 one or two dollar signs.
30262 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30263 like this example, with several more alternatives added on to
30264 recognize various other common kinds of delimiters.
30266 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30267 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30268 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30269 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30270 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30271 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30272 must operate on a whole formula including its delimiters.
30274 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30275 But just for your convenience, here is a list of all characters
30276 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30277 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30278 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30279 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30280 account for each of these six backslashes!)
30282 @vindex calc-embedded-close-formula
30283 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30284 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30285 regular expression to match the above example would be
30286 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30287 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30288 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30289 of describing a blank line that is more appropriate for this
30290 case).
30292 @vindex calc-embedded-open-word
30293 @vindex calc-embedded-close-word
30294 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30295 variables are similar expressions used when you type @kbd{M-# w}
30296 instead of @kbd{M-# e} to enable Embedded mode.
30298 @vindex calc-embedded-open-plain
30299 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30300 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30301 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30302 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30303 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30304 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space).
30306 @vindex calc-embedded-close-plain
30307 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30308 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}.  Without
30309 the trailing newline here, the first line of a ``big'' mode formula
30310 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30312 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30313 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30314 which is inserted at the front of a new formula when you type
30315 @kbd{M-# f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30316 string begins with a newline character and the @kbd{M-# f} is
30317 typed at the beginning of a line, @kbd{M-# f} will skip this
30318 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30319 the file.
30321 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30322 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30323 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30324 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30325 @w{@kbd{M-# f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30326 @kbd{M-# f} is typed on a blank line, both a leading opening
30327 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30329 @vindex calc-embedded-announce-formula
30330 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30331 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30332 The @kbd{M-# a} command searches for this pattern as well as for
30333 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{M-# a} will
30334 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30335 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30336 But if your language includes a delimiter which can only occur
30337 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30338 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which
30339 checks for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning
30340 with @samp{%} and a space.  This last is important to make Calc
30341 consider mode annotations part of the pattern, so that the formula's
30342 opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30344 @vindex calc-embedded-open-mode
30345 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30346 regular expression) which should precede a mode annotation.
30347 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30348 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30349 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30350 The default is @code{"% "}.
30352 @vindex calc-embedded-close-mode
30353 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30354 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30355 is simply a newline, @code{"\n"}.  If you change this, it is a
30356 good idea still to end with a newline so that mode annotations
30357 will appear on lines by themselves.
30359 @node Programming, Installation, Embedded Mode, Top
30360 @chapter Programming
30362 @noindent
30363 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30364 on the nature of the problem you need to solve.
30366 @enumerate
30367 @item
30368 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30369 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30370 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30371 as loops and conditionals.
30373 @item
30374 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30375 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30376 as an interactive command.
30378 @item
30379 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30380 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30381 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30382 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30383 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30385 @item
30386 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30387 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30388 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30389 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30390 rewrite rules.
30391 @end enumerate
30393 @kindex z
30394 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30395 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30396 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30397 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30398 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30399 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30400 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30402 @menu
30403 * Creating User Keys::
30404 * Keyboard Macros::
30405 * Invocation Macros::
30406 * Algebraic Definitions::
30407 * Lisp Definitions::
30408 @end menu
30410 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30411 @section Creating User Keys
30413 @noindent
30414 @kindex Z D
30415 @pindex calc-user-define
30416 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30417 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30418 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30420 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30421 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30422 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30423 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30424 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30425 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30426 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30427 @kbd{z s} to be something else.
30429 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30430 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30432 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30433 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30434 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30436 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30437 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30438 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30439 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30440 of a letter if you wish.
30442 @kindex Z U
30443 @pindex calc-user-undefine
30444 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30445 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30446 key we defined above.
30448 @kindex Z P
30449 @pindex calc-user-define-permanent
30450 @cindex Storing user definitions
30451 @cindex Permanent user definitions
30452 @cindex @file{.emacs} file, user-defined commands
30453 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30454 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30455 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30456 your @file{.emacs} file.)  For example, @kbd{Z P s} would register
30457 our @code{sincos} command permanently.  If you later wish to unregister
30458 this command you must edit your @file{.emacs} file by hand.
30459 (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use a
30460 different file instead of @file{.emacs}.)
30462 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30463 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30464 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30465 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30466 command will save all of these definitions.
30468 To save a command or function without its key binding (or if there is
30469 no key binding for the command or function), type @kbd{'} (the apostrophe)
30470 when prompted for a key.  Then, type the function name, or backspace
30471 to change the @samp{calcFunc-} prefix to @samp{calc-} and enter a
30472 command name.  (If the command you give implies a function, the function
30473 will be saved, and if the function has any display formats, those will
30474 be saved, but not the other way around:  Saving a function will not save
30475 any commands or key bindings associated with the function.)
30477 @kindex Z E
30478 @pindex calc-user-define-edit
30479 @cindex Editing user definitions
30480 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30481 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30482 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30483 following sections.
30485 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30486 @section Programming with Keyboard Macros
30488 @noindent
30489 @kindex X
30490 @cindex Programming with keyboard macros
30491 @cindex Keyboard macros
30492 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30493 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30494 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30495 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30496 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30497 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30498 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30499 information.@refill
30501 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30502 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30503 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30504 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30505 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30506 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30507 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30508 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30509 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30510 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30511 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30512 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30513 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30515 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30516 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30517 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30518 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30520 @menu
30521 * Naming Keyboard Macros::
30522 * Conditionals in Macros::
30523 * Loops in Macros::
30524 * Local Values in Macros::
30525 * Queries in Macros::
30526 @end menu
30528 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30529 @subsection Naming Keyboard Macros
30531 @noindent
30532 @kindex Z K
30533 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30534 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30535 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30536 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30537 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30538 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30539 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30540 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30541 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30542 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30543 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30544 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30545 descriptive command name if you wish.@refill
30547 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30548 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30549 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30550 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30552 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30553 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30555 @cindex Keyboard macros, editing
30556 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30557 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edit-kbd-macro}
30558 command to edit the macro.  This command may be found in the
30559 @file{macedit} package, a copy of which comes with Calc.  It decomposes
30560 the macro definition into full Emacs command names, like @code{calc-pop}
30561 and @code{calc-add}.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing and update
30562 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, type
30563 @kbd{M-# x}.@refill
30565 If you give a negative numeric prefix argument to @kbd{Z E}, the keyboard
30566 macro is edited in spelled-out keystroke form.  For example, the editing
30567 buffer might contain the nine characters @w{@samp{1 @key{RET} 2 +}}.  When you press
30568 @kbd{M-# M-#}, the @code{read-kbd-macro} feature of the @file{macedit}
30569 package is used to reinterpret these key names.  The
30570 notations @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL}, and
30571 @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-}
30572 and @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30573 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30574 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30575 takes some liberties with spaces:  When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}}, we take
30576 it for granted that it is clear we really mean @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}},
30577 which is what @code{read-kbd-macro} wants to see.@refill
30579 If @file{macedit} is not available, @kbd{Z E} edits the keyboard macro
30580 in ``raw'' form; the editing buffer simply contains characters like
30581 @samp{1^M2+} (here @samp{^M} represents the carriage-return character).
30582 Editing in this mode, you will have to use @kbd{C-q} to enter new
30583 control characters into the buffer.@refill
30585 @kindex M-# m
30586 @pindex read-kbd-macro
30587 The @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30588 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30589 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30590 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30591 The @kbd{M-# m} command works only if @file{macedit} is present.
30593 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30594 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30596 @noindent
30597 @kindex Z [
30598 @kindex Z ]
30599 @pindex calc-kbd-if
30600 @pindex calc-kbd-else
30601 @pindex calc-kbd-else-if
30602 @pindex calc-kbd-end-if
30603 @cindex Conditional structures
30604 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30605 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30606 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30607 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30608 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30609 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30610 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30612 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30613 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30614 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30615 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30616 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30617 command is skipped.
30619 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30620 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30621 executed while you are making the definition as well as when you later
30622 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30623 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30624 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30626 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30627 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30629 @kindex Z :
30630 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30631 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30632 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30633 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30634 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30635 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30636 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30638 @kindex Z |
30639 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30640 between any number of alternatives.  For example,
30641 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30642 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30643 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30644 it will execute @var{part3}.
30646 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30647 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30648 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30649 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30650 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30651 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30652 does not.
30654 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30655 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30656 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30657 constructs you must be careful that these character pairs do not
30658 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30659 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30660 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30661 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30662 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30664 @kindex Z C-g
30665 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30666 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30667 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30669 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30670 @subsection Loops in Keyboard Macros
30672 @noindent
30673 @kindex Z <
30674 @kindex Z >
30675 @pindex calc-kbd-repeat
30676 @pindex calc-kbd-end-repeat
30677 @cindex Looping structures
30678 @cindex Iterative structures
30679 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30680 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30681 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30682 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30683 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30684 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30685 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30686 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30687 repeat a multiply-by-two step however many times.@refill
30689 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30690 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30691 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30692 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30693 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30694 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30695 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
30696 in a buffer, then use @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
30697 macro.
30699 @kindex Z /
30700 @pindex calc-break
30701 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
30702 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
30703 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
30704 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
30705 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
30706 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
30707 in the C language.@refill
30709 @kindex Z (
30710 @kindex Z )
30711 @pindex calc-kbd-for
30712 @pindex calc-kbd-end-for
30713 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
30714 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
30715 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
30716 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
30717 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
30718 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
30719 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
30720 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
30721 counter each time until the loop finishes.@refill
30723 @cindex Summations (by keyboard macros)
30724 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
30725 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
30726 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
30727 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
30728 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
30729 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
30731 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
30732 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
30733 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
30734 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
30735 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
30736 argument of @i{-1} forces downward-counting conventions.
30738 @kindex Z @{
30739 @kindex Z @}
30740 @pindex calc-kbd-loop
30741 @pindex calc-kbd-end-loop
30742 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
30743 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
30744 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
30745 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
30746 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
30747 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
30748 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
30749 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
30750 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
30751 this feature.)
30753 The conditional and looping constructs are not actually tied to
30754 keyboard macros, but they are most often used in that context.
30755 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
30756 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
30757 as easily as in a macro definition.
30759 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
30760 conditional and looping commands.
30762 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
30763 @subsection Local Values in Macros
30765 @noindent
30766 @cindex Local variables
30767 @cindex Restoring saved modes
30768 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
30769 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
30770 macro may wish to turn on Fraction Mode, or set a particular
30771 precision, independent of the user's normal setting for those
30772 modes.
30774 @kindex Z `
30775 @kindex Z '
30776 @pindex calc-kbd-push
30777 @pindex calc-kbd-pop
30778 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
30779 local variables inside the macro should not affect any variables
30780 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
30781 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
30783 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
30784 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
30785 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
30786 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
30787 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
30789 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
30790 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
30791 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
30792 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
30793 in exceptional conditions.
30795 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
30796 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
30797 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
30798 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
30799 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
30800 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
30801 macros were involved.
30803 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
30804 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
30805 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
30806 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
30807 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
30808 thereof) are also saved.
30810 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
30811 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
30812 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
30813 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
30814 for all mode-setting commands inside the macro.
30816 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
30817 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
30818 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
30819 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets algebraic mode
30820 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
30821 outside the construct.
30823 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
30824 other settings such as the language mode and the various display modes,
30825 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
30827 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
30828 @subsection Queries in Keyboard Macros
30830 @noindent
30831 @kindex Z =
30832 @pindex calc-kbd-report
30833 The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
30834 message including the value on the top of the stack.  You are prompted
30835 to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
30836 is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
30837 to turn such messages off.
30839 @kindex Z #
30840 @pindex calc-kbd-query
30841 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command displays a prompt message
30842 (which you enter during macro definition), then does an algebraic entry
30843 which takes its input from the keyboard, even during macro execution.
30844 This command allows your keyboard macros to accept numbers or formulas
30845 as interactive input.  All the normal conventions of algebraic input,
30846 including the use of @kbd{$} characters, are supported.
30848 @xref{Kbd Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
30849 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
30850 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
30851 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
30852 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
30853 return control to the keyboard macro.
30855 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
30856 @section Invocation Macros
30858 @kindex M-# z
30859 @kindex Z I
30860 @pindex calc-user-invocation
30861 @pindex calc-user-define-invocation
30862 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{M-# z}
30863 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
30864 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
30865 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
30866 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
30867 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
30868 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
30869 @kbd{M-# z} at any time to execute your invocation macro.
30871 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
30872 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
30873 by typing @kbd{M-# r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
30874 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( M-# r
30875 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
30876 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{M-# z}.
30878 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
30879 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
30880 do not apply.  @kbd{M-# z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
30881 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
30882 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
30884 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
30885 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
30886 @xref{General Mode Commands}.
30888 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
30889 @section Programming with Formulas
30891 @noindent
30892 @kindex Z F
30893 @pindex calc-user-define-formula
30894 @cindex Programming with algebraic formulas
30895 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
30896 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
30897 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
30898 command prompts for five things: The key, the command name, the function
30899 name, the argument list, and the behavior of the command when given
30900 non-numeric arguments.
30902 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
30903 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
30904 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
30905 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
30906 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
30907 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
30908 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
30910 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
30911 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
30912 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
30913 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
30915 The third prompt is for a function name.  The default is to use the same
30916 name as the command name but with @samp{calcFunc-} in place of
30917 @samp{calc-}.  This is the name you will use if you want to enter your
30918 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
30919 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
30920 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
30921 formula @samp{yow(x,y)}.@refill
30923 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
30924 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
30925 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
30926 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
30927 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
30928 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
30929 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
30930 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
30931 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
30932 @cite{a + 2 b} with @cite{a=10} and @cite{b=100}.  Likewise, the formula
30933 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @cite{a=10} and
30934 @cite{b=100} in the definition.
30936 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
30937 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
30938 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
30939 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
30940 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
30941 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
30942 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
30944 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
30945 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
30946 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
30947 using the argument list @samp{(a b)}.
30949 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
30950 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
30951 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
30952 arguments @cite{10} and @cite{x} will leave the function in symbolic
30953 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
30954 then the formula will always be expanded, even for non-constant
30955 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
30956 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
30957 question.@refill
30959 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
30960 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
30961 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
30962 derivative or integral or solve an equation involving the function.
30964 @kindex Z G
30965 @pindex calc-get-user-defn
30966 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
30967 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
30968 key, and this command pushes the formula that was used to define that
30969 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
30970 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
30971 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
30972 by a @kbd{Z F} command.@refill
30974 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30975 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
30976 to edit the defining formula.  Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and
30977 store the new formula back in the definition, or @kbd{M-# x} to
30978 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
30979 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
30980 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
30981 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
30983 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
30984 In this case it will permanently record all three of the relevant
30985 definitions: the key, the command, and the function.
30987 You may find it useful to turn off the default simplifications with
30988 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
30989 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
30990 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
30991 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
30992 @cite{a} to be constant with respect to @cite{v}.  Turning off
30993 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
30994 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
30995 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
30997 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
30998 @section Programming with Lisp
31000 @noindent
31001 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31002 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31003 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31004 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31005 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31006 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31007 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31008 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31009 will not edit a Lisp-based definition.
31011 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31012 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31013 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31014 to program the Calculator.
31016 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31017 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31018 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31019 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31020 for the true Lisp enthusiast.
31022 @menu
31023 * Defining Functions::
31024 * Defining Simple Commands::
31025 * Defining Stack Commands::
31026 * Argument Qualifiers::
31027 * Example Definitions::
31029 * Calling Calc from Your Programs::
31030 * Internals::
31031 @end menu
31033 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31034 @subsection Defining New Functions
31036 @noindent
31037 @findex defmath
31038 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31039 except that code in the body of the definition can make use of the full
31040 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31041 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31042 example,
31044 @example
31045 (defmath myfact (n)
31046   (if (> n 0)
31047       (* n (myfact (1- n)))
31048     1))
31049 @end example
31051 @noindent
31052 This actually expands to the code,
31054 @example
31055 (defun calcFunc-myfact (n)
31056   (if (math-posp n)
31057       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31058     1))
31059 @end example
31061 @noindent
31062 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31064 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31065 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31066 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31067 factorial function would be written along the following lines:
31069 @smallexample
31070 (defmath myfact (n)
31071   (if (> n 0)
31072       (* n (myfact (1- n)))
31073     (if (= n 0)
31074         1
31075       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31076 @end smallexample
31078 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31079 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31080 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31081 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31082 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31083 efficiently as possible.
31085 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31086 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31087 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31088 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31089 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31090 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.@refill
31092 For other functions @var{func}, if a function by the name
31093 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31094 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31095 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31096 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31097 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31098 always used exactly as written (but not quoted).@refill
31100 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31101 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31102 @code{for}, or @code{foreach} form,
31103 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31104 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.@refill
31106 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31108 @itemize @bullet
31109 @item
31110 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31111 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31112 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31113 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31114 yields one element of a Calc matrix.
31116 @item
31117 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31118 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31119 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31120 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31121 in which case the effect is to store into the specified
31122 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @cite{x}
31123 into one element of a matrix.
31125 @item
31126 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31127 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31128 binding of @cite{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31129 form in that @cite{i} is temporarily bound to the loop count
31130 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31131 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31132 are also available.  For each value of @cite{i} from zero to 10,
31133 @cite{j} counts from 0 to @cite{i-1} in steps of two.  Note that
31134 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31135 that each element of the header is a list of three or four
31136 things, not just two.
31138 @item
31139 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31140 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31141 @code{body} with @cite{x} bound to each element of Calc vector
31142 @cite{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31143 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31145 @item
31146 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31147 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31148 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31149 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31151 @item
31152 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31153 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @cite{x+y}
31154 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31155 inside the body of the function.
31156 @end itemize
31158 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31159 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31160 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31161 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31162 formula can go between the quotes.  For example,
31164 @smallexample
31165 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31166   (and (numberp x)
31167        (exp :"x * 0.5")))
31168 @end smallexample
31170 expands to
31172 @smallexample
31173 (defun calcFunc-sqexp (x)
31174   (and (math-numberp x)
31175        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31176 @end smallexample
31178 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31179 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31180 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31181 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31182 step of @code{myfact} could have been written
31184 @example
31185 :"n * myfact(n-1)"
31186 @end example
31188 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31189 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31190 seem like a good idea to put your favorite @code{defmath} commands here,
31191 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31192 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31193 actually use the Calculator!  A better effect can be had by writing
31195 @example
31196 (put 'calc-define 'thing '(progn
31197  (defmath ... )
31198  (defmath ... )
31200 @end example
31202 @noindent
31203 @vindex calc-define
31204 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31205 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31206 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31207 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31208 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31209 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31210 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31211 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31212 name of your project so as not to conflict with other properties.
31214 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31215 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31216 that same code in another file which you load by hand either before or
31217 after Calc itself is loaded.
31219 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31220 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31221 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31222 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31224 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31225 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31226 call your function, even if the file defining the property is loaded
31227 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31228 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31229 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31230 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31231 protect against this situation, you can put
31233 @example
31234 (run-hooks 'calc-check-defines)
31235 @end example
31237 @findex calc-check-defines
31238 @noindent
31239 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31240 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31241 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31242 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31244 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31245 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31246 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31247 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31249 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31250 @subsection Defining New Simple Commands
31252 @noindent
31253 @findex interactive
31254 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31255 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31256 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31257 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31258 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31259 the command work in the Calc environment.
31261 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31262 for normal Emacs Lisp commands:
31264 @smallexample
31265 (defmath increase-precision (delta)
31266   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31267   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31268   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31269 @end smallexample
31271 This expands to the pair of definitions,
31273 @smallexample
31274 (defun calc-increase-precision (delta)
31275   "Increase precision by DELTA."
31276   (interactive "p")
31277   (calc-wrapper
31278    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31280 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31281   "Increase precision by DELTA."
31282   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31283 @end smallexample
31285 @noindent
31286 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31287 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31288 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31289 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31291 @findex calc-wrapper
31292 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31293 the function with code that looks roughly like this:
31295 @smallexample
31296 (let ((calc-command-flags nil))
31297   (unwind-protect
31298       (save-excursion
31299         (calc-select-buffer)
31300         @emph{body of function}
31301         @emph{renumber stack}
31302         @emph{clear} Working @emph{message})
31303     @emph{realign cursor and window}
31304     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31305     @emph{update Emacs mode line}))
31306 @end smallexample
31308 @findex calc-select-buffer
31309 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31310 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31311 the @samp{*Calc Trail*} window.
31313 @findex calc-set-command-flag
31314 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31315 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31316 following command flags:
31318 @table @code
31319 @item renum-stack
31320 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31321 after this command completes.  This is set by routines like
31322 @code{calc-push}.
31324 @item clear-message
31325 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31326 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31328 @item no-align
31329 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31331 @item position-point
31332 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31333 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31334 this command finishes.
31336 @item keep-flags
31337 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31338 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31340 @item do-edit
31341 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31343 @item hold-trail
31344 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31345 there.
31346 @end table
31348 @kindex Y
31349 @kindex Y ?
31350 @vindex calc-Y-help-msgs
31351 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31352 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31353 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31354 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31355 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31356 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31357 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31358 future versions of Calc.
31360 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31361 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31362 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31363 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31364 stands for your package, then a third key for the particular command
31365 within your package.
31367 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31368 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31369 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31370 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31371 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31372 if necessary without having to modify the file.
31374 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31375 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31376 decreases the precision.
31378 @smallexample
31379 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31380 ;;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31382 (defvar inc-prec-base-key "P"
31383   "Base key for inc-prec.el commands.")
31385 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31387 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31388             'increase-precision)
31389 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31390             'decrease-precision)
31392 (setq calc-Y-help-msgs
31393       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31394             calc-Y-help-msgs))
31396 (defmath increase-precision (delta)
31397   "Increase precision by DELTA."
31398   (interactive "p")
31399   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31401 (defmath decrease-precision (delta)
31402   "Decrease precision by DELTA."
31403   (interactive "p")
31404   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31406 ))  ; end of calc-define property
31408 (run-hooks 'calc-check-defines)
31409 @end smallexample
31411 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31412 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31414 @noindent
31415 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31416 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31418 @example
31419 (interactive @var{num} @var{tag})
31420 @end example
31422 @noindent
31423 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31424 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31425 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31426 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31427 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31428 parameters is legal.
31430 Your function must return either a number or a formula in a form
31431 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31432 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31433 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31434 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31435 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31437 As an example, the definition
31439 @smallexample
31440 (defmath myfact (n)
31441   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31442   (interactive 1 "fact")
31443   (if (> n 0)
31444       (* n (myfact (1- n)))
31445     (and (= n 0) 1)))
31446 @end smallexample
31448 @noindent
31449 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31450 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31452 @smallexample
31453 (defun calc-myfact ()
31454   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31455   (interactive)
31456   (calc-slow-wrapper
31457    (calc-enter-result 1 "fact"
31458      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31460 (defun calcFunc-myfact (n)
31461   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31462   (if (math-posp n)
31463       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31464     (and (math-zerop n) 1)))
31465 @end smallexample
31467 @findex calc-slow-wrapper
31468 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31469 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31470 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31471 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31473 @findex calc-top-list-n
31474 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31475 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31476 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31477 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31479 @findex calc-enter-result
31480 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31481 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31482 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31483 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31484 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31485 being pushed are also recorded in the trail.
31487 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31488 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31489 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31490 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31491 containing the single symbol @code{nil}.
31493 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31494 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31495 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31497 @example
31498 (defmath foo (a b &optional c)
31499   (interactive "p" 2 "foo")
31500   @var{body})
31501 @end example
31503 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31504 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31505 executed with a numeric prefix argument of @cite{n}.
31507 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31508 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31509 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31510 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31511 arguments to be used when no prefix is supplied.
31513 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31514 @subsection Argument Qualifiers
31516 @noindent
31517 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31518 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31520 @example
31521 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31522                &optional @var{param} @var{param...}
31523                &rest @var{param})
31524   @var{body})
31525 @end example
31527 @noindent
31528 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31530 @example
31531 (@var{qual} @var{param})
31532 @end example
31534 The following qualifiers are recognized:
31536 @table @samp
31537 @item complete
31538 @findex complete
31539 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31540 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31541 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31542 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)@refill
31544 @item integer
31545 @findex integer
31546 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31547 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31548 formulas are rejected.
31550 @item natnum
31551 @findex natnum
31552 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31554 @item fixnum
31555 @findex fixnum
31556 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31557 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31558 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31560 @item float
31561 @findex float
31562 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31563 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31564 actually rejected by this qualifier.)
31566 @item @var{pred}
31567 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31568 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31570 @item not-@var{pred}
31571 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31572 @end table
31574 For example,
31576 @example
31577 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31578               &rest (integer d))
31579   @var{body})
31580 @end example
31582 @noindent
31583 expands to
31585 @example
31586 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31587   (and (math-matrixp b)
31588        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31589   (or (math-constp b)
31590       (math-reject-arg b 'constp))
31591   (and c (setq c (math-check-float c)))
31592   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31593   @var{body})
31594 @end example
31596 @noindent
31597 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31598 body of the function.
31600 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31601 @subsection Example Definitions
31603 @noindent
31604 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31605 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31606 @pxref{Internals}.
31608 @menu
31609 * Bit Counting Example::
31610 * Sine Example::
31611 @end menu
31613 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31614 @subsubsection Bit-Counting
31616 @noindent
31617 @ignore
31618 @starindex
31619 @end ignore
31620 @tindex bcount
31621 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31622 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31623 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31624 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31625 create an intermediate set.
31627 @smallexample
31628 (defmath bcount ((natnum n))
31629   (interactive 1 "bcnt")
31630   (let ((count 0))
31631     (while (> n 0)
31632       (if (oddp n)
31633           (setq count (1+ count)))
31634       (setq n (lsh n -1)))
31635     count))
31636 @end smallexample
31638 @noindent
31639 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31640 Emacs Lisp function:
31642 @smallexample
31643 (defun calcFunc-bcount (n)
31644   (setq n (math-check-natnum n))
31645   (let ((count 0))
31646     (while (math-posp n)
31647       (if (math-oddp n)
31648           (setq count (math-add count 1)))
31649       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31650     count))
31651 @end smallexample
31653 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31654 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31655 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31656 involve actual division.
31658 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31659 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31660 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31661 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31662 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31664 @smallexample
31665 (defmath bcount ((natnum n))
31666   (interactive 1 "bcnt")
31667   (let ((count 0))
31668     (while (not (fixnump n))
31669       (let ((qr (idivmod n 512)))
31670         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31671               n (car qr))))
31672     (+ count (bcount-fixnum n))))
31674 (defun bcount-fixnum (n)
31675   (let ((count 0))
31676     (while (> n 0)
31677       (setq count (+ count (logand n 1))
31678             n (lsh n -1)))
31679     count))
31680 @end smallexample
31682 @noindent
31683 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
31684 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
31685 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
31686 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
31687 uses.
31689 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
31690 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
31691 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
31692 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
31693 actually they are less efficient because each operation is really
31694 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
31695 same thing with a single division by 512.
31697 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
31698 @subsubsection The Sine Function
31700 @noindent
31701 @ignore
31702 @starindex
31703 @end ignore
31704 @tindex mysin
31705 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
31706 well-known Taylor series expansion for @c{$\sin x$}
31707 @samp{sin(x)}:
31709 @smallexample
31710 (defmath mysin ((float (anglep x)))
31711   (interactive 1 "mysn")
31712   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31713   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
31714         newsum
31715         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
31716         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
31717     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
31718       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
31719       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
31720             x (* x xnegsqr)
31721             newsum (+ sum (/ x nfact)))
31722       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
31723           (break))           ;  then we are done.
31724       (setq sum newsum))
31725     sum))
31726 @end smallexample
31728 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
31729 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @c{$\pi \over 4$}
31730 @cite{pi/4}.  This
31731 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
31732 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
31733 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
31734 by a separate algorithm.
31736 @smallexample
31737 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
31738   (interactive 1 "mysn")
31739   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31740   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
31741     (cond ((complexp x)
31742            (mysin-complex x))
31743           ((< x 0)
31744            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
31745           (t (mysin-raw x))))))
31747 (defmath mysin-raw (x)
31748   (cond ((>= x 7)
31749          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
31750         ((> x (pi-over-2))
31751          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
31752         ((> x (pi-over-4))
31753          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
31754         ((< x (- (pi-over-4)))
31755          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
31756         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
31757 @end smallexample
31759 @noindent
31760 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
31761 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
31762 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
31763 @code{mysin-raw} for cosines.
31765 The strategy is to ensure that @cite{x} is nonnegative before calling
31766 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
31767 to a suitable range, namely, plus-or-minus @c{$\pi \over 4$}
31768 @cite{pi/4}.  Note that each
31769 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
31770 that small roundoff errors cannnot produce an infinite loop.  (Suppose
31771 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
31772 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
31773 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
31774 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
31775 that this rule misses.
31777 If a program is being written for general use, it is important to code
31778 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
31779 when you know that your own use of the sine function will never encounter
31780 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
31782 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
31783 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
31785 @noindent
31786 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
31787 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
31788 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
31789 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
31790 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
31791 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
31792 much simpler to use!
31794 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
31795 options, but they all stem from one simple operation.
31797 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
31798 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
31799 the result formatted as a string: @code{"3"}.
31801 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
31802 functions, you don't need to make any special preparations to load
31803 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
31804 loaded and initialized for you.
31806 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
31807 evaluating the expression and formatting the result.
31809 @ifinfo
31810 @example
31812 @end example
31813 @end ifinfo
31814 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
31816 @noindent
31817 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
31818 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
31819 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
31820 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
31822 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
31823 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
31824 one by one below.
31826 You can give additional arguments to be substituted for
31827 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
31828 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
31829 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
31830 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
31831 used as a placeholder for the item-separator argument.
31833 @ifinfo
31834 @example
31836 @end example
31837 @end ifinfo
31838 @subsubsection Error Handling
31840 @noindent
31841 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
31842 the character position of the error, plus a suitable message as a
31843 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
31844 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
31845 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
31846 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
31848 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
31849 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
31850 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
31851 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
31853 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
31854 are returned as strings instead of lists.  The character position is
31855 ignored.
31857 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
31858 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
31859 it permanently with @code{setq}.
31861 @ifinfo
31862 @example
31864 @end example
31865 @end ifinfo
31866 @subsubsection Numbers Only
31868 @noindent
31869 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
31870 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
31871 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
31872 that are not constants are treated as errors.  The error message
31873 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
31874 or otherwise ``Number expected.''
31876 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
31877 object that does not include variables or function calls.  If it
31878 is a vector, the components must themselves be constants.
31880 @ifinfo
31881 @example
31883 @end example
31884 @end ifinfo
31885 @subsubsection Default Modes
31887 @noindent
31888 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
31889 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
31890 various Calc modes to their default values while the formula is
31891 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
31892 digits, digit grouping is turned off, and the normal language
31893 mode is used.
31895 This same principle applies to the other options discussed below.
31896 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
31897 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
31899 If there are other elements in the list, they are taken as
31900 variable-name/value pairs which override the default mode
31901 settings.  Look at the documentation at the front of the
31902 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
31903 the various modes.  The mode settings are restored to their
31904 original values when @code{calc-eval} is done.
31906 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
31907 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
31908 using default mode settings except that the precision is 8 instead
31909 of the default of 12.
31911 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
31912 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
31913 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
31914 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
31915 when the user has left Calc in symbolic mode or no-simplify mode.
31917 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
31918 checks if the number in string @cite{a} is less than the one in
31919 string @cite{b}.  Without using a list, the integer 1 might
31920 come out in a variety of formats which would be hard to test for
31921 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
31922 see ``Predicates'' mode, below.)
31924 @ifinfo
31925 @example
31927 @end example
31928 @end ifinfo
31929 @subsubsection Raw Numbers
31931 @noindent
31932 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
31933 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
31934 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
31935 numbers must be converted to and from string format as they are passed
31936 from one @code{calc-eval} to the next.
31938 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
31939 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
31940 how these objects look in the following sections, but usually you can
31941 treat them as ``black box'' objects with no important internal
31942 structure.
31944 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
31945 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signalling
31946 an error if that object is not a constant).
31948 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
31949 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
31950 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
31951 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
31952 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
31953 function in Calc, if you can remember its name.
31955 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
31956 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
31957 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
31958 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
31960 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
31961 to format it as a string.
31963 It is an error if the input expression evaluates to a list of
31964 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
31965 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
31967 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
31968 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
31969 various kinds of error returns discussed above.
31971 @ifinfo
31972 @example
31974 @end example
31975 @end ifinfo
31976 @subsubsection Predicates
31978 @noindent
31979 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
31980 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
31981 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
31982 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
31984 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
31985 one value is less than another.
31987 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
31988 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
31989 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
31990 wish to have an error register as ``false'', use something like
31991 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
31993 @ifinfo
31994 @example
31996 @end example
31997 @end ifinfo
31998 @subsubsection Variable Values
32000 @noindent
32001 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32002 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32003 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32004 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32005 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32006 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32007 will return @code{"7.14159265359"}.
32009 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32010 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32011 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32012 understand either string or raw form values stored in variables,
32013 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32014 to increment the Calc variable @code{a}:
32016 @example
32017 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32018 @end example
32020 @ifinfo
32021 @example
32023 @end example
32024 @end ifinfo
32025 @subsubsection Stack Access
32027 @noindent
32028 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32029 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32030 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32031 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32032 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32033 usual way).
32035 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32036 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32037 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32038 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32039 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32040 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32041 the stack.
32043 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32044 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32045 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32046 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32047 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32049 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32050 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32051 as a string.
32053 In all of these cases the first argument can be made a list in
32054 order to force the default mode settings, as described above.
32055 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32056 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32057 instead of current display modes, except that the radix is
32058 hexadecimal instead of decimal.
32060 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32061 found it when you are done, unless the user of your program is
32062 actually expecting it to affect the stack.
32064 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32065 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32066 the stack buffer if necessary.
32068 @ifinfo
32069 @example
32071 @end example
32072 @end ifinfo
32073 @subsubsection Keyboard Macros
32075 @noindent
32076 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32077 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32078 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32079 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32080 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32081 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32082 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32084 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32085 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32086 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32087 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32088 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32090 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32091 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32092 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32094 The return value in this case is always @code{nil}.
32096 @ifinfo
32097 @example
32099 @end example
32100 @end ifinfo
32101 @subsubsection Lisp Evaluation
32103 @noindent
32104 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32105 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32106 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32107 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32108 @code{calc-eval}.
32110 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32111 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32112 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32113 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32115 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32116 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32117 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32118 Note that this function will leave a message in the echo area as
32119 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32120 automatically if not invoked from there, so the above call is
32121 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32122 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32123 your original buffer when it is done.
32125 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32126 expression to use default instead of current mode settings.
32128 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32129 returned by the evaluated Lisp expression.
32131 @ifinfo
32132 @example
32134 @end example
32135 @end ifinfo
32136 @subsubsection Example
32138 @noindent
32139 @findex convert-temp
32140 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32141 you have a document with lots of references to temperatures on the
32142 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32143 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32144 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32145 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32146 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32148 @example
32149 (defun convert-temp ()
32150   (interactive)
32151   (save-excursion
32152     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32153     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32154            (bot1 (match-end 1))
32155            (number (buffer-substring top1 bot1))
32156            (top2 (match-beginning 2))
32157            (bot2 (match-end 2))
32158            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32159       (if (equal type "F")
32160           (setq type "C"
32161                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32162         (setq type "F"
32163               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32164       (goto-char top2)
32165       (delete-region top2 bot2)
32166       (insert-before-markers type)
32167       (goto-char top1)
32168       (delete-region top1 bot1)
32169       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32170           (setq number (substring number 0 -1)))
32171       (insert number))))
32172 @end example
32174 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32175 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32176 instead of after it.
32178 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32179 @subsection Calculator Internals
32181 @noindent
32182 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32183 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32184 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32185 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32186 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32187 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32188 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32189 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32191 The functions described here are scattered throughout the various
32192 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32193 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32194 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32195 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32196 in the remaining component files.
32198 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32199 generally always executes with the extensions already loaded, so
32200 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32201 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32202 special, check carefully to make sure each function you are using is
32203 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32204 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32205 prove this file will already be loaded.
32207 @menu
32208 * Data Type Formats::
32209 * Interactive Lisp Functions::
32210 * Stack Lisp Functions::
32211 * Predicates::
32212 * Computational Lisp Functions::
32213 * Vector Lisp Functions::
32214 * Symbolic Lisp Functions::
32215 * Formatting Lisp Functions::
32216 * Hooks::
32217 @end menu
32219 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32220 @subsubsection Data Type Formats
32222 @noindent
32223 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32224 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32225 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32226 which is not a Lisp list.
32228 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32229 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32230 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32231 @i{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32232 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32233 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32234 example, the integer @i{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32236 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32237 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32238 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32239 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32240 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32241 and large integers are called @dfn{bignums}.
32243 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32244 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32245 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32246 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32247 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32248 are normalized by negating the numerator and denominator.
32250 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32251 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32252 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32253 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32254 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32255 @i{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32256 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32257 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32258 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32259 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)@refill
32261 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32262 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32263 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32264 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32265 components are converted to real numbers automatically.@refill
32267 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32268 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32269 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32270 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32271 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32272 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32273 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32274 negative real number.)@refill
32276 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32277 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32278 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32279 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32280 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.@refill
32282 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32283 a real number that counts days since midnight on the morning of
32284 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32285 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32287 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32288 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32289 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32291 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32292 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32293 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32294 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32295 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32296 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32298 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32299 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32300 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32301 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32302 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32303 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32304 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32305 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32306 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32307 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32309 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32310 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32311 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32312 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32313 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32314 generally unused by Calc data structures.
32316 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32317 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32318 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32319 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32320 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32321 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32322 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32323 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32324 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32325 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32326 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32327 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32328 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32329 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32330 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32331 which represent units are not stored in any special way; they are units
32332 only because their names appear in the units table.  If the value
32333 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32334 the variable is used.@refill
32336 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32337 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32338 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32339 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32340 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32341 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32342 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32343 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32344 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32345 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32346 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32347 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32348 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32349 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32350 object which represents their value, or a list of such objects if they
32351 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32352 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32353 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32354 and is not used by any built-in Calc functions.)@refill
32356 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32357 @subsubsection Interactive Functions
32359 @noindent
32360 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32361 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32362 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32363 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32365 @defun calc-set-command-flag flag
32366 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32367 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32368 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32369 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32370 @end defun
32372 @defun calc-clear-command-flag flag
32373 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32374 remove it from that list.
32375 @end defun
32377 @defun calc-record-undo rec
32378 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32379 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32380 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32381 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32382 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32383 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32384 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32385 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32386 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32387 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32388 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32389 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32390 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.@refill
32391 @end defun
32393 @defun calc-record-why msg args
32394 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32395 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32396 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32397 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32398 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32399 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32400 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32401 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32402 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32403 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32404 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32405 automatically; @pxref{Predicates}.@refill
32406 @end defun
32408 @defun calc-is-inverse
32409 This predicate returns true if the current command is inverse,
32410 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32411 @end defun
32413 @defun calc-is-hyperbolic
32414 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32415 @end defun
32417 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32418 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32420 @noindent
32421 The functions described here perform various operations on the Calc
32422 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32424 @defun calc-push-list vals n
32425 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32426 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32427 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32428 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32429 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32430 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32431 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32432 is an empty list, nothing happens.@refill
32434 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32435 You can give an optional third argument to this function, which must
32436 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32437 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32438 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32439 @end defun
32441 @defun calc-top-list n m
32442 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32443 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32444 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32445 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32446 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32447 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32448 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32449 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32450 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32451 evaluated, rounded, or renormalized.@refill
32453 If any stack elements contain selections, and selections have not
32454 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32455 this function returns the selected portions rather than the entire
32456 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32457 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32458 a selection in any of the requested stack elements produces an
32459 ``illegal operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32460 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32461 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32462 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32463 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32464 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32465 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32466 @end defun
32468 @defun calc-pop-stack n m
32469 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32470 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32471 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32473 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32474 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32475 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32476 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32477 contain selections.
32478 @end defun
32480 @defun calc-record-list vals tag
32481 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32482 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32483 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32484 will be used.
32485 @end defun
32487 @defun calc-normalize n
32488 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32489 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32490 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32491 selected no-simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32492 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32493 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32494 @end defun
32496 @defun calc-top-list-n n m
32497 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32498 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32499 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32500 objects will be rejected with an error message.  All computational
32501 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32502 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32503 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32504 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32505 @code{calc-top-list}.
32506 @end defun
32508 @defun calc-top-n m
32509 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32510 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32511 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32512 @end defun
32514 @defun calc-enter-result n tag vals
32515 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32516 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32517 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32518 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32519 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32520 A typical stack-based computational command would take the form,
32522 @smallexample
32523 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32524                                (calc-top-list-n @var{n})))
32525 @end smallexample
32527 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32528 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32529 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32530 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32531 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32532 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32533 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32534 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32535 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32536 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32537 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32538 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32539 are present.
32540 @end defun
32542 @defun calc-unary-op tag func arg
32543 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32544 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32545 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32546 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32547 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,@refill
32549 @smallexample
32550 (defun calc-zeta (arg)
32551   (interactive "P")
32552   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32553 @end smallexample
32554 @end defun
32556 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32557 This function implements a binary operator, analogously to
32558 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32559 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32560 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32561 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32562 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32563 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32564 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32565 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32566 stack elements; when the argument is negative, the function is
32567 mapped between the next-to-top @i{-@var{arg}} stack elements and the
32568 top element.@refill
32569 @end defun
32571 @defun calc-stack-size
32572 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32573 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32574 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32575 @end defun
32577 @defun calc-cursor-stack-index n
32578 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32579 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32580 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32581 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32582 line number, not the stack entry itself.@refill
32583 @end defun
32585 @defun calc-substack-height n
32586 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32587 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32588 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32589 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32590 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32591 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32592 entries.)@refill
32593 @end defun
32595 @defun calc-refresh
32596 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32597 This must be called after changing any parameter, such as the current
32598 display radix, which might change the appearance of existing stack
32599 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32600 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32601 rather than just the top few elements when the macro finishes.)@refill
32602 @end defun
32604 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32605 @subsubsection Predicates
32607 @noindent
32608 The functions described here are predicates, that is, they return a
32609 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32610 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32611 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32612 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32613 the full range of Calc data types.
32615 @defun zerop x
32616 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32617 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32618 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32619 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32620 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32621 @end defun
32623 @defun negp x
32624 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32625 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32626 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32627 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32628 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32629 @end defun
32631 @defun posp x
32632 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32633 numbers, none of these three predicates will return true.
32634 @end defun
32636 @defun looks-negp x
32637 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32638 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32639 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32640 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32641 @end defun
32643 @defun integerp x
32644 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32645 @end defun
32647 @defun fixnump x
32648 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32649 @end defun
32651 @defun natnump x
32652 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32653 @end defun
32655 @defun fixnatnump x
32656 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32657 @end defun
32659 @defun num-integerp x
32660 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32661 true integer or a float with no significant digits to the right of
32662 the decimal point.
32663 @end defun
32665 @defun messy-integerp x
32666 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32667 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32668 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32669 @end defun
32671 @defun num-natnump x
32672 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32673 @end defun
32675 @defun evenp x
32676 Returns true if @var{x} is an even integer.
32677 @end defun
32679 @defun looks-evenp x
32680 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
32681 multiplicative coefficient which is an even integer.
32682 @end defun
32684 @defun oddp x
32685 Returns true if @var{x} is an odd integer.
32686 @end defun
32688 @defun ratp x
32689 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
32690 fraction.
32691 @end defun
32693 @defun realp x
32694 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
32695 or floating-point number.
32696 @end defun
32698 @defun anglep x
32699 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
32700 @end defun
32702 @defun floatp x
32703 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
32704 interval, date form, or modulo form in which at least one component
32705 is a float.
32706 @end defun
32708 @defun complexp x
32709 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
32710 (but not a real number).
32711 @end defun
32713 @defun rect-complexp x
32714 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
32715 @end defun
32717 @defun polar-complexp x
32718 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
32719 @end defun
32721 @defun numberp x
32722 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
32723 @end defun
32725 @defun scalarp x
32726 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
32727 @end defun
32729 @defun vectorp x
32730 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
32731 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
32732 @end defun
32734 @defun numvecp x
32735 Returns true if @var{x} is a number or vector.
32736 @end defun
32738 @defun matrixp x
32739 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
32740 all of the same size.
32741 @end defun
32743 @defun square-matrixp x
32744 Returns true if @var{x} is a square matrix.
32745 @end defun
32747 @defun objectp x
32748 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
32749 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32750 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
32751 as their components; see @code{constp} below.)
32752 @end defun
32754 @defun objvecp x
32755 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
32756 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
32757 mentioned above for @code{objectp}).
32758 @end defun
32760 @defun primp x
32761 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
32762 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
32763 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
32764 and intervals.
32765 @end defun
32767 @defun constp x
32768 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
32769 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
32770 components are @code{constp}.
32771 @end defun
32773 @defun lessp x y
32774 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
32775 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
32776 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
32777 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
32778 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
32779 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
32780 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.@refill
32781 @end defun
32783 @defun beforep x y
32784 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
32785 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
32786 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
32787 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
32788 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
32789 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
32790 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
32791 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
32792 @end defun
32794 @defun equal x y
32795 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
32796 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
32797 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
32798 0 and 0.0 as different.
32799 @end defun
32801 @defun math-equal x y
32802 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
32803 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
32804 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
32805 converted to @samp{(math-equal x y)}.
32806 @end defun
32808 @defun equal-int x n
32809 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
32810 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
32811 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
32812 whenever possible.@refill
32813 @end defun
32815 @defun nearly-equal x y
32816 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
32817 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
32818 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
32819 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
32820 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
32821 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
32822 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
32823 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
32824 error in the series evaluation without doing extra work which would be
32825 lost when the result is rounded back down to the current precision.
32826 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
32827 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
32828 @end defun
32830 @defun nearly-zerop x y
32831 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
32832 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
32833 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
32834 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
32835 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
32836 @var{y} must be real.
32837 @end defun
32839 @defun is-true x
32840 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
32841 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
32842 or a provably non-zero formula.
32843 @end defun
32845 @defun reject-arg val pred
32846 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
32847 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
32848 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
32849 function call which led here will be left in symbolic form.@refill
32850 @end defun
32852 @defun inexact-value
32853 If Symbolic Mode is enabled, this will signal an error that causes
32854 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
32855 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic Mode.)
32856 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic Mode, the
32857 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
32858 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
32859 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic Mode will
32860 return the formula @samp{sin(5)} to your function.@refill
32861 @end defun
32863 @defun overflow
32864 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
32865 @end defun
32867 @defun underflow
32868 This signals a floating-point underflow.
32869 @end defun
32871 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
32872 @subsubsection Computational Functions
32874 @noindent
32875 The functions described here do the actual computational work of the
32876 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
32877 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
32878 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
32879 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
32880 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
32881 is the actual Lisp function for taking square roots.@refill
32883 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
32884 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
32885 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
32886 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
32887 respectively, instead.@refill
32889 @defun normalize val
32890 (Full form: @code{math-normalize}.)
32891 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
32892 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
32893 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
32894 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
32895 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
32896 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
32897 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
32898 return 6.@refill
32900 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
32901 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
32902 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
32903 the formula still in symbolic form.@refill
32905 If the current Simplification Mode is ``none'' or ``numeric arguments
32906 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
32907 powerful simplification modes (like algebraic simplification) are
32908 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
32909 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
32910 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
32911 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
32912 on the stack.@refill
32913 @end defun
32915 @defun evaluate-expr expr
32916 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
32917 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
32918 when you press the @kbd{=} key interactively.@refill
32919 @end defun
32921 @defmac with-extra-prec n body
32922 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
32923 digits.  This is a macro which expands to
32925 @smallexample
32926 (math-normalize
32927   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
32928     @var{body}))
32929 @end smallexample
32931 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
32932 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
32933 is important because some arithmetic operations assume a number's
32934 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
32935 @end defmac
32937 @defun make-frac n d
32938 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
32939 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
32940 @end defun
32942 @defun make-float mant exp
32943 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
32944 of which are arbitrary integers.  This function will return a
32945 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
32946 if @var{exp} is out of range.
32947 @end defun
32949 @defun make-sdev x sigma
32950 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
32951 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
32952 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
32953 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
32954 error forms, this calls @code{reject-arg}.
32955 @end defun
32957 @defun make-intv mask lo hi
32958 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
32959 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
32960 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
32961 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
32962 @end defun
32964 @defun sort-intv mask lo hi
32965 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
32966 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
32967 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
32968 @end defun
32970 @defun make-mod n m
32971 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
32972 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
32973 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
32974 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
32975 @end defun
32977 @defun float x
32978 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
32979 converted to numerically equivalent floats; components of complex
32980 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32981 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
32982 or formula, this calls @code{reject-arg}.
32983 @end defun
32985 @defun compare x y
32986 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @i{-1} if
32987 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
32988 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
32989 undefined or cannot be determined.@refill
32990 @end defun
32992 @defun numdigs n
32993 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
32994 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
32995 considered to have zero digits.
32996 @end defun
32998 @defun scale-int x n
32999 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @i{-@var{n}}
33000 digits with truncation toward zero.
33001 @end defun
33003 @defun scale-rounding x n
33004 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33005 integer rather than truncating.
33006 @end defun
33008 @defun fixnum n
33009 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33010 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33011 24 binary bits) the result is undefined.
33012 @end defun
33014 @defun sqr x
33015 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33016 @end defun
33018 @defun quotient x y
33019 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33020 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33021 direction of rounding is undefined.
33022 @end defun
33024 @defun idiv x y
33025 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33026 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33027 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33028 slower than for @code{quotient}.
33029 @end defun
33031 @defun imod x y
33032 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33033 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33034 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33035 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33036 @end defun
33038 @defun idivmod x y
33039 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33040 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33041 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.@refill
33042 @end defun
33044 @defun pow x y
33045 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33046 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33047 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.@refill
33048 @end defun
33050 @defun abs-approx x
33051 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33052 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33053 the absolute values of the components.
33054 @end defun
33056 @findex two-pi
33057 @findex pi-over-2
33058 @findex pi-over-4
33059 @findex pi-over-180
33060 @findex sqrt-two-pi
33061 @findex sqrt-e
33062 @findex e
33063 @findex ln-2
33064 @findex ln-10
33065 @defun pi
33066 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33067 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33068 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33069 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, and @code{ln-10}.  Each function
33070 returns a floating-point value in the current precision, and each uses
33071 caching so that all calls after the first are essentially free.@refill
33072 @end defun
33074 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33075 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33076 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33077 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33078 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33079 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33080 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33081 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33082 with the current precision increased by four, and the result minus its
33083 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33084 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33085 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33086 again to 30 digits for use in the present request.@refill
33087 @end defmac
33089 @findex half-circle
33090 @findex quarter-circle
33091 @defun full-circle symb
33092 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33093 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33094 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33095 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic Mode.  There are also similar
33096 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33097 @end defun
33099 @defun power-of-2 n
33100 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33101 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33102 particular @var{n} is expensive.
33103 @end defun
33105 @defun integer-log2 n
33106 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33107 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33108 return @code{nil}.
33109 @end defun
33111 @defun div-mod a b m
33112 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33113 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.@refill
33114 @end defun
33116 @defun pow-mod a b m
33117 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33118 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33119 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33120 @end defun
33122 @defun isqrt n
33123 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33124 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33125 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33126 @end defun
33128 @defun to-hms a ang
33129 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33130 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33131 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33132 is already an HMS form it is returned as-is.
33133 @end defun
33135 @defun from-hms a ang
33136 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33137 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33138 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33139 is returned as-is.
33140 @end defun
33142 @defun to-radians a
33143 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33144 angular mode.
33145 @end defun
33147 @defun from-radians a
33148 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33149 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33150 @end defun
33152 @defun to-radians-2 a
33153 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic Mode a degrees to
33154 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33155 @end defun
33157 @defun from-radians-2 a
33158 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic Mode a radians to
33159 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33160 @end defun
33162 @defun random-digit
33163 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33164 @end defun
33166 @defun random-digits n
33167 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33168 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33169 @end defun
33171 @defun random-float
33172 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33173 @end defun
33175 @defun prime-test n iters
33176 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33177 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33178 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33179 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33180 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33181 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33182 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33183 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33184 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33185 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33186 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33187 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33188 @code{prime-test} remembers where it left off.@refill
33189 @end defun
33191 @defun to-simple-fraction f
33192 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33193 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33194 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33195 fast.
33196 @end defun
33198 @defun to-fraction f tol
33199 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33200 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33201 function @code{frac}, and can be rather slow.
33202 @end defun
33204 @defun quarter-integer n
33205 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33206 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33207 @i{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33208 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33209 returns @code{nil}.
33210 @end defun
33212 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33213 @subsubsection Vector Functions
33215 @noindent
33216 The functions described here perform various operations on vectors and
33217 matrices.
33219 @defun math-concat x y
33220 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33221 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33222 @end defun
33224 @defun vec-length v
33225 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33226 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33227 rows in the matrix.
33228 @end defun
33230 @defun mat-dimens m
33231 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33232 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33233 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33234 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33235 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33236 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33237 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33238 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33239 elements.@refill
33240 @end defun
33242 @defun dimension-error
33243 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33244 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33245 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33246 @end defun
33248 @defun build-vector args
33249 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33250 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33251 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33252 @end defun
33254 @defun make-vec obj dims
33255 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33256 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33257 filled with 27's.
33258 @end defun
33260 @defun row-matrix v
33261 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33262 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33263 leave it alone.
33264 @end defun
33266 @defun col-matrix v
33267 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33268 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33269 already a matrix, leave it alone.
33270 @end defun
33272 @defun map-vec f v
33273 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33274 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33275 of vector @var{v}.
33276 @end defun
33278 @defun map-vec-2 f a b
33279 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33280 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33281 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33282 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33283 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33284 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33285 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33286 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33287 just where they are in the function position of a Lisp expression.@refill
33288 @end defun
33290 @defun reduce-vec f v
33291 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33292 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33293 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33294 @end defun
33296 @defun reduce-cols f m
33297 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33298 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33299 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33300 @end defun
33302 @defun mat-row m n
33303 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33304 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33305 (@xref{Extracting Elements}.)
33306 @end defun
33308 @defun mat-col m n
33309 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33310 The arguments are not checked for correctness.
33311 @end defun
33313 @defun mat-less-row m n
33314 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33315 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33316 @end defun
33318 @defun mat-less-col m n
33319 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33320 @end defun
33322 @defun transpose m
33323 Return the transpose of matrix @var{m}.
33324 @end defun
33326 @defun flatten-vector v
33327 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33328 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33329 @end defun
33331 @defun copy-matrix m
33332 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33333 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33334 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33335 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33336 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33337 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.@refill
33338 @end defun
33340 @defun swap-rows m r1 r2
33341 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33342 other words, unlike most of the other functions described here, this
33343 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33344 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33345 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33346 @var{m}.@refill
33347 @end defun
33349 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33350 @subsubsection Symbolic Functions
33352 @noindent
33353 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33354 Calculator.
33356 @defun calc-prepare-selection num
33357 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33358 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33359 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33360 useful information about the current stack entry into a set of
33361 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33362 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33363 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33364 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33365 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33366 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33367 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33368 their corresponding sub-formulas.
33370 A slight complication arises in the selection mechanism because
33371 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33372 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33373 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33374 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33375 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33376 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33377 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33378 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33379 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33380 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33381 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33382 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33383 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33384 @end defun
33386 @defun calc-encase-atoms x
33387 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33388 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33389 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33390 the formula in-place.
33391 @end defun
33393 @defun calc-find-selected-part
33394 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33395 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33396 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33397 formula, this returns @code{nil}.
33398 @end defun
33400 @defun calc-change-current-selection selection
33401 Change the currently prepared stack element's selection to
33402 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33403 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33404 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33405 to reflect the new selection.
33406 @end defun
33408 @defun calc-find-nth-part expr n
33409 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33410 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33411 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33412 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33413 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33414 @end defun
33416 @defun calc-find-parent-formula expr part
33417 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33418 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33419 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33420 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33421 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33422 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33423 This function does not take associativity into account.
33424 @end defun
33426 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33427 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33428 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33429 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33430 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33431 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33432 return the whole expression.
33433 @end defun
33435 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33436 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33437 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33438 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33439 has been used, this simply returns @var{part}.
33440 @end defun
33442 @defun calc-find-sub-formula expr part
33443 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33444 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33445 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33446 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33447 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33448 function does not take associativity into account.
33449 @end defun
33451 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33452 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33453 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33454 @end defun
33456 @defun simplify expr
33457 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33458 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33459 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33460 to remains unchanged in memory.
33462 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33463 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33464 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33465 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33466 each level, any simplifications that can be made are made until no
33467 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33468 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33469 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33470 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33471 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33472 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33473 further simplifications were possible.
33474 @end defun
33476 @defun simplify-extended expr
33477 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33478 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33479 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33480 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33481 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33482 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33483 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33484 before taking any action.@refill
33485 @end defun
33487 @defun simplify-units expr
33488 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33489 whenever possible.  This works by binding the variable
33490 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33491 @end defun
33493 @defmac math-defsimplify funcs body
33494 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33495 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33496 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33497 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33498 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33499 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33500 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33501 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33502 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33503 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33504 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33505 If the function body returns something different, that new formula is
33506 substituted for @var{expr} in the original formula.@refill
33508 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33509 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33510 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33511 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33512 of the main @code{simplify} loop.
33514 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33515 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33516 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33517 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33519 The arguments of a function call will already have been simplified
33520 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33521 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33522 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33523 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33525 @smallexample
33526 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33527   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33528            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33529                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33530       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33531            (or math-living-dangerously
33532                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33533            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33534 @end smallexample
33536 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33537 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33538 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33539 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.@refill
33540 @end defmac
33542 @defun common-constant-factor expr
33543 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33544 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33545 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33546 3 is a common factor of all the terms.
33547 @end defun
33549 @defun cancel-common-factor expr factor
33550 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33551 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33552 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33553 it is being used by a simplification rule (where such things are
33554 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33555 square roots:
33557 @smallexample
33558 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33559   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33560     (and fac (not (eq fac 1))
33561          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33562                    (math-normalize
33563                     (list 'calcFunc-sqrt
33564                           (math-cancel-common-factor
33565                            (nth 1 expr) fac)))))))
33566 @end smallexample
33567 @end defun
33569 @defun frac-gcd a b
33570 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33571 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33572 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33573 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33574 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.@refill
33575 @end defun
33577 @defun map-tree func expr many
33578 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33579 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33580 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33581 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33582 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33583 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33584 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33585 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33586 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33587 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33588 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33589 default, as described above, is infinitely many times.@refill
33590 @end defun
33592 @defun compile-rewrites rules
33593 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33594 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33595 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33596 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33597 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33598 message.
33599 @end defun
33601 @defun apply-rewrites expr crules heads
33602 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33603 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33604 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33605 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33606 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33607 it should be a list of all function names that (may) appear in
33608 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33609 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33610 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33611 down to just a few rules in the rule set.
33612 @end defun
33614 @defun rewrite-heads expr
33615 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33616 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33617 @end defun
33619 @defun rewrite expr rules many
33620 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33621 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33622 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33623 times.
33624 @end defun
33626 @defun match-patterns pat vec not-flag
33627 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33628 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33629 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33630 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33631 @end defun
33633 @defun deriv expr var value symb
33634 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33635 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33636 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33637 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33638 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33639 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33640 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33641 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33642 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33644 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33645 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33646 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33647 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33648 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33649 original function call that is being differentiated.  It should return
33650 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33651 is defined by
33653 @smallexample
33654 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33655      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33656 @end smallexample
33658 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33659 @smallexample
33660 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33661      (function (lambda (x b) ... )))
33662 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33663      (function (lambda (x b) ... )))
33664 @end smallexample
33665 @end defun
33667 @defun tderiv expr var value symb
33668 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33669 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33670 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33671 @end defun
33673 @defun integ expr var low high
33674 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
33675 @xref{Calculus}, for further details.
33676 @end defun
33678 @defmac math-defintegral funcs body
33679 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
33680 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
33681 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
33682 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
33683 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
33684 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
33685 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
33686 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
33687 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
33688 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
33690 @smallexample
33691 (math-defintegral calcFunc-conj
33692   (let ((int (math-integral u)))
33693     (and int
33694          (list 'calcFunc-conj int))))
33696 (math-defintegral calcFunc-cos
33697   (and (equal u math-integ-var)
33698        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
33699 @end smallexample
33701 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
33702 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
33703 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
33704 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
33705 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
33706 result.@refill
33707 @end defmac
33709 @defmac math-defintegral-2 funcs body
33710 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
33711 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
33712 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
33713 @var{v}.@refill
33714 @end defmac
33716 @defun solve-for lhs rhs var full
33717 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
33718 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
33719 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
33720 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
33721 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
33722 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
33723 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
33724 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
33725 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
33726 as properties in a manner similar to derivatives:@refill
33728 @smallexample
33729 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
33730      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
33731 @end smallexample
33733 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
33734 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
33735 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
33736 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
33737 if the caller requested a non-``full'' solution.
33738 @end defun
33740 @defun solve-eqn expr var full
33741 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
33742 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
33743 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
33744 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
33745 @end defun
33747 @defun solve-system exprs vars full
33748 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
33749 and @var{vars} will be vectors of equal length.
33750 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
33751 @end defun
33753 @defun expr-contains expr var
33754 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
33755 of @var{expr}.
33757 This function might seem at first to be identical to
33758 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
33759 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
33760 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
33761 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
33762 @code{eq} to each other.@refill
33763 @end defun
33765 @defun expr-contains-count expr var
33766 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
33767 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.@refill
33768 @end defun
33770 @defun expr-depends expr var
33771 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
33772 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
33773 in common.
33774 @end defun
33776 @defun expr-contains-vars expr
33777 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
33778 contains only constants and functions with constant arguments.
33779 @end defun
33781 @defun expr-subst expr old new
33782 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
33783 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
33784 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
33785 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.@refill
33786 @end defun
33788 @defun multi-subst expr old new
33789 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
33790 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
33791 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
33792 are ignored.
33793 @end defun
33795 @defun expr-weight expr
33796 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
33797 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
33798 ``primitive'' objects, this will be one.
33799 @end defun
33801 @defun expr-height expr
33802 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
33803 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
33804 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.@refill
33805 @end defun
33807 @defun polynomial-p expr var
33808 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
33809 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
33810 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
33811 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
33812 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
33813 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
33814 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
33815 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
33816 a polynomial of degree 0.@refill
33817 @end defun
33819 @defun is-polynomial expr var degree loose
33820 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
33821 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
33822 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
33823 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
33824 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
33825 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
33826 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
33827 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
33828 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
33829 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
33830 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
33831 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
33832 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
33833 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
33834 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
33835 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
33836 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
33837 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
33838 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.@refill
33839 @end defun
33841 @defun polynomial-base expr pred
33842 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
33843 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
33844 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
33845 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
33846 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
33847 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
33848 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
33849 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
33850 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
33851 is found.@refill
33852 @end defun
33854 @defun poly-simplify poly
33855 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
33856 clipping off trailing zeros.
33857 @end defun
33859 @defun poly-mix a ac b bc
33860 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
33861 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
33862 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
33863 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.@refill
33864 @end defun
33866 @defun poly-mul a b
33867 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
33868 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
33869 @end defun
33871 @defun build-polynomial-expr poly var
33872 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
33873 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
33874 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
33875 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
33876 to turn the list back into an expression in regular form.@refill
33877 @end defun
33879 @defun check-unit-name var
33880 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
33881 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
33882 will be a list whose first element is the unit name (not counting
33883 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
33884 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
33885 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
33886 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
33887 @end defun
33889 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
33890 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
33891 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
33892 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
33893 checks whether @var{expr} is directly a units expression.@refill
33894 @end defun
33896 @defun single-units-in-expr-p expr
33897 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
33898 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
33899 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
33900 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
33901 @end defun
33903 @defun to-standard-units expr which
33904 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
33905 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
33906 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
33907 where the first element is a Calc base symbol name and the second
33908 is an expression to substitute for it.@refill
33909 @end defun
33911 @defun remove-units expr
33912 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
33913 This expression is generally normalized before use.
33914 @end defun
33916 @defun extract-units expr
33917 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
33918 by ones.
33919 @end defun
33921 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
33922 @subsubsection I/O and Formatting Functions
33924 @noindent
33925 The functions described here are responsible for parsing and formatting
33926 Calc numbers and formulas.
33928 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
33929 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
33930 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
33931 @end defun
33933 @defun read-number str
33934 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
33935 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
33936 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
33937 @end defun
33939 @defun read-expr str
33940 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
33941 not have the form of a valid expression, return a list of the form
33942 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
33943 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
33944 a string describing the problem.@refill
33945 @end defun
33947 @defun read-exprs str
33948 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
33949 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
33950 shown above is returned instead.
33951 @end defun
33953 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
33954 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
33955 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
33956 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
33957 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
33958 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
33959 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
33960 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
33961 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
33962 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
33963 @code{calc-normalize} first.@refill
33965 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
33966 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
33967 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
33968 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
33969 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
33970 that actually appeared in the input.@refill
33971 @end defun
33973 @defun format-number a
33974 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
33975 @end defun
33977 @defun format-flat-expr a prec
33978 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
33979 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
33980 This is a simple format designed
33981 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
33982 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
33983 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
33984 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
33985 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
33986 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.@refill
33987 @end defun
33989 @defun format-nice-expr a width
33990 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
33991 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
33992 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
33993 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
33994 command uses this when only one stack entry is being edited.
33995 @end defun
33997 @defun format-value a width
33998 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
33999 format seen in the stack buffer.  Beware the the string returned may
34000 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34001 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34002 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34003 parameter, if given, is the target window size for which to format
34004 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34005 window is used.@refill
34006 @end defun
34008 @defun compose-expr a prec
34009 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34010 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34011 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34012 You can specify the format of a given type of function call by putting
34013 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34014 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34015 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34016 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34017 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34018 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34019 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34020 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34021 normal function-call notation for that language.
34022 @end defun
34024 @defun composition-to-string c w
34025 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34026 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34027 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34028 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34029 followed by @code{composition-to-string}.
34030 @end defun
34032 @defun comp-width c
34033 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34034 @end defun
34036 @defun comp-height c
34037 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34038 @end defun
34040 @defun comp-ascent c
34041 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34042 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34043 @end defun
34045 @defun comp-descent c
34046 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34047 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34048 @end defun
34050 @defun comp-first-char c
34051 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34052 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34053 return @code{nil}.@refill
34054 @end defun
34056 @defun comp-last-char c
34057 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34058 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34059 @end defun
34061 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34062 @comment @subsubsection Lisp Variables
34063 @comment 
34064 @comment @noindent
34065 @comment (This section is currently unfinished.)
34067 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
34068 @subsubsection Hooks
34070 @noindent
34071 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34072 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34073 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34074 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34075 other customization-related variables are also described here.
34077 @defvar calc-load-hook
34078 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34079 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34080 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34081 @end defvar
34083 @defvar calc-ext-load-hook
34084 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34085 @end defvar
34087 @defvar calc-start-hook
34088 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34089 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34090 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34091 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34092 @end defvar
34094 @defvar calc-mode-hook
34095 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34096 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34097 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34098 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34099 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34100 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34101 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34102 been evaluated yet.
34103 @end defvar
34105 @defvar calc-trail-mode-hook
34106 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34107 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34108 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34109 per Emacs session.
34110 @end defvar
34112 @defvar calc-end-hook
34113 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34114 presses @kbd{q} or @kbd{M-# c} while in Calc.  The Calc buffer will
34115 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34116 step, before the Calc window is destroyed.
34117 @end defvar
34119 @defvar calc-window-hook
34120 If this hook exists, it is called to create the Calc window.
34121 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34122 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34123 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34124 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34125 and @code{select-window} to create the Calc window.
34126 @end defvar
34128 @defvar calc-trail-window-hook
34129 If this hook exists, it is called to create the Calc Trail window.
34130 The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34131 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook},
34132 this hook must @emph{not} switch into the new window.
34133 @end defvar
34135 @defvar calc-edit-mode-hook
34136 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34137 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34138 The buffer will have been selected and set up to be in
34139 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34140 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34141 @code{calc-edit} command.)
34142 @end defvar
34144 @defvar calc-mode-save-hook
34145 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34146 after Calc's own mode features have been inserted into the
34147 @file{.emacs} buffer and just before the ``End of mode settings''
34148 message is inserted.
34149 @end defvar
34151 @defvar calc-reset-hook
34152 This hook is called after @kbd{M-# 0} (@code{calc-reset}) has
34153 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34154 @end defvar
34156 @defvar calc-other-modes
34157 This variable contains a list of strings.  The strings are
34158 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34159 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34160 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34161 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34162 @end defvar
34164 @defvar calc-mode-map
34165 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34166 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34167 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34168 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34169 which is a command that loads the extensions package and
34170 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34171 one of these keys, it will probably be overridden when the
34172 extensions are loaded.
34173 @end defvar
34175 @defvar calc-digit-map
34176 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34177 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34178 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34179 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34180 @end defvar
34182 @defvar calc-alg-ent-map
34183 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34184 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34185 @end defvar
34187 @defvar calc-store-var-map
34188 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34189 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34190 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34191 @end defvar
34193 @defvar calc-edit-mode-map
34194 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34195 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34196 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34197 @end defvar
34199 @defvar calc-mode-var-list
34200 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34201 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34202 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34203 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34204 non-default variables are written out.
34205 @end defvar
34207 @defvar calc-local-var-list
34208 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34209 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34210 These variables also have their default values manipulated by
34211 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34212 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34213 used the first time, your hook should add a variable to the
34214 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34215 @end defvar
34217 @node Installation, Reporting Bugs, Programming, Top
34218 @appendix Installation
34220 @noindent
34221 As of Calc 2.02g, Calc is integrated with GNU Emacs, and thus requires
34222 no separate installation of its Lisp files and this manual.
34224 @appendixsec The GNUPLOT Program
34226 @noindent
34227 Calc's graphing commands use the GNUPLOT program.  If you have GNUPLOT
34228 but you must type some command other than @file{gnuplot} to get it,
34229 you should add a command to set the Lisp variable @code{calc-gnuplot-name}
34230 to the appropriate file name.  You may also need to change the variables
34231 @code{calc-gnuplot-plot-command} and @code{calc-gnuplot-print-command} in
34232 order to get correct displays and hardcopies, respectively, of your
34233 plots.@refill
34235 @ifinfo
34236 @example
34238 @end example
34239 @end ifinfo
34240 @appendixsec Printed Documentation
34242 @noindent
34243 Because the Calc manual is so large, you should only make a printed
34244 copy if you really need it.  To print the manual, you will need the
34245 @TeX{} typesetting program (this is a free program by Donald Knuth
34246 at Stanford University) as well as the @file{texindex} program and
34247 @file{texinfo.tex} file, both of which can be obtained from the FSF
34248 as part of the @code{texinfo} package.@refill
34250 To print the Calc manual in one huge 470 page tome, you will need the
34251 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
34252 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
34253 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
34254 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
34255 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
34257 The result will be a device-independent output file called
34258 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
34259 for your system.  On many systems, the command is
34261 @example
34262 lpr -d calc.dvi
34263 @end example
34265 @noindent
34268 @example
34269 dvips calc.dvi
34270 @end example
34272 @c the bumpoddpages macro was deleted
34273 @ignore
34274 @cindex Marginal notes, adjusting
34275 Marginal notes for each function and key sequence normally alternate
34276 between the left and right sides of the page, which is correct if the
34277 manual is going to be bound as double-sided pages.  Near the top of
34278 the file @file{calc.texi} you will find alternate definitions of
34279 the @code{\bumpoddpages} macro that put the marginal notes always on
34280 the same side, best if you plan to be binding single-sided pages.
34281 @end ignore
34283 @appendixsec Settings File
34285 @noindent
34286 @vindex calc-settings-file
34287 Another variable you might want to set is @code{calc-settings-file},
34288 which holds the file name in which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P}
34289 store ``permanent'' definitions.  The default value for this variable
34290 is @code{"~/.emacs"}.  If @code{calc-settings-file} does not contain
34291 @code{".emacs"} as a substring, and if the variable
34292 @code{calc-loaded-settings-file} is @code{nil}, then Calc will
34293 automatically load your settings file (if it exists) the first time
34294 Calc is invoked.@refill
34296 @ifinfo
34297 @example
34299 @end example
34300 @end ifinfo
34301 @appendixsec Testing the Installation
34303 @noindent
34304 To test your installation of Calc, start a new Emacs and type @kbd{M-# c}
34305 to make sure the autoloads and key bindings work.  Type @kbd{M-# i}
34306 to make sure Calc can find its Info documentation.  Press @kbd{q} to
34307 exit the Info system and @kbd{M-# c} to re-enter the Calculator.
34308 Type @kbd{20 S} to compute the sine of 20 degrees; this will test the
34309 autoloading of the extensions modules.  The result should be
34310 0.342020143326.  Finally, press @kbd{M-# c} again to make sure the
34311 Calculator can exit.
34313 You may also wish to test the GNUPLOT interface; to plot a sine wave,
34314 type @kbd{' [0 ..@: 360], sin(x) @key{RET} g f}.  Type @kbd{g q} when you
34315 are done viewing the plot.
34317 Calc is now ready to use.  If you wish to go through the Calc Tutorial,
34318 press @kbd{M-# t} to begin.
34319 @example
34321 @end example
34322 @node Reporting Bugs, Summary, Installation, Top
34323 @appendix Reporting Bugs
34325 @noindent
34326 If you find a bug in Calc, send e-mail to Colin Walters,
34328 @example
34329 walters@@debian.org           @r{or}
34330 walters@@verbum.org
34331 @end example
34333 @noindent
34334 (In the following text, ``I'' refers to the original Calc author, Dave
34335 Gillespie).
34337 While I cannot guarantee that I will have time to work on your bug,
34338 I do try to fix bugs quickly whenever I can.
34340 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
34341 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
34343 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
34344 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34345 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34346 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34347 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
34348 regular mailbox.
34350 If you have suggestions for additional features for Calc, I would
34351 love to hear them.  Some have dared to suggest that Calc is already
34352 top-heavy with features; I really don't see what they're talking
34353 about, so, if you have ideas, send them right in.  (I may even have
34354 time to implement them!)
34356 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34357 future work which I have not had time to do.  If any enthusiastic souls
34358 wish to take it upon themselves to work on these, I would be delighted.
34359 Please let me know if you plan to contribute to Calc so I can coordinate
34360 your efforts with mine and those of others.  I will do my best to help
34361 you in whatever way I can.
34363 @c [summary]
34364 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34365 @appendix Calc Summary
34367 @noindent
34368 This section includes a complete list of Calc 2.02 keystroke commands.
34369 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34370 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34371 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34372 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34373 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34374 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34375 command name refer to notes at the end.
34377 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34378 keystrokes are not listed in this summary.
34379 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34381 @iftex
34382 @begingroup
34383 @tex
34384 \vskip-2\baselineskip \null
34385 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34386 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34387 \leavevmode%
34388 {\smallfonts
34389 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
34390 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
34391 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
34392 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
34393 \thinspace%
34394 {\tt#5}%
34395 {\sl#6}%
34397 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
34398 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
34399 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
34400 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
34401 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34402 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34403 @end tex
34404 @let@:=@sumsep
34405 @let@r=@sumrow
34406 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34407 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34408 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34409 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34410 @end iftex
34411 @format
34412 @iftex
34413 @advance@baselineskip-2.5pt
34414 @let@c@sumbreak
34415 @end iftex
34416 @r{       @:     M-# a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34417 @r{       @:     M-# b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34418 @r{       @:     M-# c  @:             @:        @:calc@:}
34419 @r{       @:     M-# d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34420 @r{       @:     M-# e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34421 @r{       @:     M-# f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34422 @r{       @:     M-# g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34423 @r{       @:     M-# i  @:             @:        @:calc-info@:}
34424 @r{       @:     M-# j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34425 @r{       @:     M-# k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34426 @r{       @:     M-# l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34427 @r{       @:     M-# m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34428 @r{       @:     M-# n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34429 @r{       @:     M-# o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34430 @r{       @:     M-# p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34431 @r{       @:     M-# q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34432 @r{       @:     M-# r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34433 @r{       @:     M-# s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34434 @r{       @:     M-# t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34435 @r{       @:     M-# u  @:             @:        @:calc-embedded-update@:}
34436 @r{       @:     M-# w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34437 @r{       @:     M-# x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34438 @r{       @:     M-# y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34439 @r{       @:     M-# z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34440 @r{       @:     M-# :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34441 @r{       @:     M-# _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
34442 @r{       @:     M-# `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
34443 @r{       @:     M-# 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
34445 @c 
34446 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
34447 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
34448 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
34449 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
34450 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@t{#}number}
34451 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
34452 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
34453 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34454 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34456 @c 
34457 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
34458 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
34459 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
34461 @c 
34462 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
34463 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
34464 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
34465 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
34466 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
34467 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
34468 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
34469 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
34470 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
34471 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
34472 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
34473 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
34474 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
34475 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
34476 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
34477 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
34478 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
34480 @c 
34481 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34482 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34483 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
34484 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
34485 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
34486 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
34487 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
34488 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
34489 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
34491 @c 
34492 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
34493 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
34494 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
34495 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
34496 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34497 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
34498 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
34500 @c 
34501 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
34502 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
34503 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
34504 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
34505 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
34506 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
34507 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
34509 @c 
34510 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
34511 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
34512 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
34513 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
34514 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
34515 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
34517 @c 
34518 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
34519 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
34520 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
34521 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
34522 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
34523 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
34524 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34526 @c 
34527 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
34528 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
34529 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34530 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
34531 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
34532 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
34533 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
34534 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
34535 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
34536 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
34537 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
34538 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
34539 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
34540 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
34541 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
34542 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
34543 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
34544 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
34545 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
34546 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
34547 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
34548 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
34549 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
34550 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
34551 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
34552 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
34553 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
34554 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
34555 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
34556 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34557 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
34558 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
34559 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
34560 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
34561 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
34562 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
34563 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
34564 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
34565 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
34566 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
34567 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
34568 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
34569 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34570 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
34572 @c 
34573 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
34574 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
34575 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
34576 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
34577 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
34578 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
34579 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
34580 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
34581 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
34582 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
34583 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
34584 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
34585 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
34587 @c 
34588 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
34589 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
34590 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
34591 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
34593 @c 
34594 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
34595 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
34596 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
34597 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
34599 @c 
34600 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
34601 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
34602 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
34603 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
34604 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
34605 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
34606 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
34607 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
34608 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
34609 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
34610 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
34611 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
34612 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
34613 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
34614 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
34615 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
34616 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
34617 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
34618 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
34619 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
34621 @c 
34622 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
34623 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
34624 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
34625 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
34626 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
34627 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
34628 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
34629 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
34630 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
34631 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
34632 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
34633 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
34634 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
34635 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
34636 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
34637 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
34638 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
34639 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
34640 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
34642 @c 
34643 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
34644 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
34645 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
34646 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
34647 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
34648 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
34649 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
34650 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
34651 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
34652 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
34653 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
34654 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
34655 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
34656 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
34657 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
34659 @c 
34660 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
34661 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
34662 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
34663 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
34664 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
34665 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
34666 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
34667 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
34668 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
34669 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
34670 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
34671 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
34672 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
34673 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
34674 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
34675 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
34676 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
34677 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
34678 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
34679 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
34680 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
34681 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
34682 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
34684 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
34685 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
34686 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
34687 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
34689 @c 
34690 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
34691 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
34692 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
34693 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
34694 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
34695 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
34696 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
34697 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
34698 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
34699 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
34700 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
34702 @c 
34703 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
34704 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
34706 @c 
34707 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
34709 @c 
34710 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
34711 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
34712 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
34713 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
34714 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
34715 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
34716 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
34717 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
34718 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
34719 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
34720 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
34721 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
34723 @c 
34724 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
34725 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
34726 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
34727 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
34729 @c 
34730 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
34731 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
34732 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
34733 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
34734 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
34735 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
34736 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
34737 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
34738 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
34739 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
34740 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
34741 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
34742 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
34743 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
34744 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
34745 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
34746 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
34747 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
34749 @c 
34750 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
34751 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
34752 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
34753 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
34754 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
34755 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
34756 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
34757 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
34758 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
34759 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
34760 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
34762 @c 
34763 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
34764 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
34766 @c 
34767 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
34768 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
34769 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
34770 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
34771 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
34772 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
34773 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
34774 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
34775 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
34776 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
34777 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
34778 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
34780 @c 
34781 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
34782 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
34783 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
34784 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
34785 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
34786 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
34787 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
34788 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
34789 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
34790 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34791 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
34792 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
34793 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
34794 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34795 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
34796 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
34797 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
34799 @c 
34800 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
34801 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
34802 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
34803 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
34804 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
34805 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
34806 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
34807 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
34808 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
34809 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
34810 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
34811 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
34812 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
34813 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
34814 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
34815 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
34816 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
34817 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
34818 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
34820 @c 
34821 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
34822 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
34823 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
34824 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
34825 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
34826 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
34827 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
34828 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
34829 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
34830 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
34831 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
34832 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
34833 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
34834 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
34835 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
34836 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
34838 @c 
34839 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
34840 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
34841 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
34843 @c 
34844 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
34845 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
34846 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
34847 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
34848 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
34849 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
34850 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
34851 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34852 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34853 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
34855 @c 
34856 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
34857 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
34858 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
34859 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
34860 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
34861 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
34863 @c 
34864 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
34865 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
34866 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
34867 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
34868 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
34870 @c 
34871 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
34872 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
34873 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
34874 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
34875 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
34876 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
34877 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
34878 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
34879 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
34880 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
34881 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
34882 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
34883 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
34884 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
34886 @c 
34887 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
34888 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
34889 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
34890 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
34891 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
34892 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
34893 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
34894 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
34895 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
34896 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
34897 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
34898 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
34900 @c 
34901 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
34902 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
34903 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
34904 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
34905 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
34906 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
34907 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
34908 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
34909 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
34910 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
34911 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
34912 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
34913 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
34914 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
34915 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
34916 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
34917 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
34918 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
34919 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
34920 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
34922 @c 
34923 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
34924 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
34925 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
34926 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
34927 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
34928 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
34929 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
34930 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
34931 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
34932 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
34933 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
34934 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
34935 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
34937 @c 
34938 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
34939 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
34940 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
34941 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
34942 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
34943 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
34944 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
34945 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
34946 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
34947 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
34948 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
34949 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
34950 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
34951 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
34953 @c 
34954 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
34955 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
34956 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
34957 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
34958 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
34959 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
34960 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
34961 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
34962 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
34963 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
34964 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
34966 @c 
34967 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
34968 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
34969 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
34970 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
34971 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
34972 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
34973 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
34974 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
34975 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
34976 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
34977 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
34978 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
34979 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
34980 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
34981 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
34982 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
34984 @c 
34985 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
34986 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
34987 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
34988 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
34989 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
34990 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
34991 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
34992 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
34993 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
34994 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
34995 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
34996 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
34997 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
34999 @c 
35000 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35001 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35002 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35003 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35004 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35005 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35006 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35007 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35008 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35009 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @t{:=} b}
35010 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @t{=>}}
35012 @c 
35013 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35014 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35015 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35016 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35017 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35019 @c 
35020 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35021 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35022 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35023 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35024 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35025 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35026 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35027 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35028 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35029 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35030 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35031 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35032 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35034 @c 
35035 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35036 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35037 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35038 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35039 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35040 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35041 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35042 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35043 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35044 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35045 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35046 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35047 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35048 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35049 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35050 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35051 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35052 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35053 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35055 @c 
35056 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35057 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35059 @c 
35060 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35061 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35062 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35063 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35064 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35065 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35066 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35067 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35068 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35069 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35070 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35071 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35072 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35073 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35075 @c 
35076 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35077 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35078 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35079 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35080 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35081 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35082 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35083 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35084 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35085 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35086 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35087 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35088 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35089 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35090 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35091 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35093 @c 
35094 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35095 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35096 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35098 @c 
35099 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35100 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35101 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35102 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35103 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35104 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35105 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35106 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35107 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35108 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35110 @c 
35111 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35112 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35113 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35114 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35115 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35116 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35118 @c 
35119 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35121 @c 
35122 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35123 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35124 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35125 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35126 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35127 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35128 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35129 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35130 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35131 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35132 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35133 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35134 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35135 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35136 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35137 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35138 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35139 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35140 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35141 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35142 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35143 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35144 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35145 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35146 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35147 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35148 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35149 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35150 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35151 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35152 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35153 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35155 @c 
35156 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35157 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35158 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35159 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35160 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35161 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35162 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35163 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35164 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35165 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35166 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35167 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35168 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35169 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35170 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35171 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35172 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35173 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35174 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35175 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35176 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35177 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35178 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35179 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35180 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35181 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35182 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35183 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35185 @c 
35186 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35188 @c 
35189 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35191 @c 
35192 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35193 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35194 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35195 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35197 @c 
35198 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35199 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35200 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35201 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35202 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35203 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35204 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35206 @c 
35207 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35209 @c 
35210 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35211 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35212 @r{      a@:      Z =   @:message      @:    28  @:calc-kbd-report@:}
35213 @r{       @:      Z #   @:prompt       @:        @:calc-kbd-query@:}
35215 @c 
35216 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35217 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35218 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35219 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35220 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35221 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35222 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35223 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35224 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35225 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35226 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35228 @end format
35230 @noindent
35231 NOTES
35233 @enumerate
35234 @c 1
35235 @item
35236 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35237 Negative prefix arguments apply to the @cite{-n}th stack entry.
35238 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35239 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35241 @c 2
35242 @item
35243 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35244 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35245 and the next @cite{-n} stack entries.
35247 @c 3
35248 @item
35249 Positive prefix arguments rotate top @cite{n} stack entries by one.
35250 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @cite{-n}.
35251 A prefix of zero reverses the entire stack.
35253 @c 4
35254 @item
35255 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35257 @c 5
35258 @item
35259 Positive prefix arguments specify a precision @cite{p}.
35260 Negative prefix arguments reduce the current precision by @cite{-p}.
35262 @c 6
35263 @item
35264 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35265 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35267 @c 7
35268 @item
35269 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35270 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35272 @c 8
35273 @item
35274 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35276 @c 9
35277 @item
35278 Positive prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, unsigned.
35279 Negative prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, signed.
35281 @c 10
35282 @item
35283 Prefix arguments specify the shift amount @cite{n}.  The @cite{w} argument
35284 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35286 @c 11
35287 @item
35288 From the keyboard, @cite{d} is omitted and defaults to zero.
35290 @c 12
35291 @item
35292 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35293 prefix always clears the mode.
35295 @c 13
35296 @item
35297 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35299 @c 14
35300 @item
35301 A prefix argument, if any, is used for @cite{m} instead of taking
35302 @cite{m} from the stack.  @cite{M} may take any of these values:
35303 @iftex
35304 {@advance@tableindent10pt
35305 @end iftex
35306 @table @asis
35307 @item Integer
35308 Random integer in the interval @cite{[0 .. m)}.
35309 @item Float
35310 Random floating-point number in the interval @cite{[0 .. m)}.
35311 @item 0.0
35312 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35313 @item Error form
35314 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35315 @item Interval
35316 Random integer or floating-point number in that interval.
35317 @item Vector
35318 Random element from the vector.
35319 @end table
35320 @iftex
35322 @end iftex
35324 @c 15
35325 @item
35326 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35327 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35329 @c 16
35330 @item
35331 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35332 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35334 @c 17
35335 @item
35336 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35338 @c 18
35339 @item
35340 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35341 the new units.
35343 @c 19
35344 @item
35345 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35346 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35348 @c 20
35349 @item
35350 With a prefix argument of 1, take a single @c{$@var{n}\times2$}
35351 @i{@var{N}x2} matrix from the
35352 stack instead of two separate data vectors.
35354 @c 21
35355 @item
35356 The row or column number @cite{n} may be given as a numeric prefix
35357 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @cite{n}
35358 from the top of the stack.  If @cite{n} is a vector or interval,
35359 a subvector/submatrix of the input is created.
35361 @c 22
35362 @item
35363 The @cite{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35364 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35365 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35366 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35367 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35368 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35369 last argument of the created function), or otherwise you will be
35370 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35371 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35373 @c 23
35374 @item
35375 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35376 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35377 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35378 entering @cite{op}; these modify the function name by adding the letter
35379 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35380 or @code{d} for ``down.''
35382 @c 24
35383 @item
35384 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35385 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35386 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35387 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35388 may be an integer or a vector of integers.
35389 @iftex
35390 {@advance@tableindent-20pt
35391 @end iftex
35392 @table @cite
35393 @item -1
35394 (@var{2})  Rectangular complex number.
35395 @item -2
35396 (@var{2})  Polar complex number.
35397 @item -3
35398 (@var{3})  HMS form.
35399 @item -4
35400 (@var{2})  Error form.
35401 @item -5
35402 (@var{2})  Modulo form.
35403 @item -6
35404 (@var{2})  Closed interval.
35405 @item -7
35406 (@var{2})  Closed .. open interval.
35407 @item -8
35408 (@var{2})  Open .. closed interval.
35409 @item -9
35410 (@var{2})  Open interval.
35411 @item -10
35412 (@var{2})  Fraction.
35413 @item -11
35414 (@var{2})  Float with integer mantissa.
35415 @item -12
35416 (@var{2})  Float with mantissa in @cite{[1 .. 10)}.
35417 @item -13
35418 (@var{1})  Date form (using date numbers).
35419 @item -14
35420 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
35421 @item -15
35422 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35423 @end table
35424 @iftex
35426 @end iftex
35428 @c 25
35429 @item
35430 A prefix argument specifies the size @cite{n} of the matrix.  With no
35431 prefix argument, @cite{n} is omitted and the size is inferred from
35432 the input vector.
35434 @c 26
35435 @item
35436 The prefix argument specifies the starting position @cite{n} (default 1).
35438 @c 27
35439 @item
35440 Cursor position within stack buffer affects this command.
35442 @c 28
35443 @item
35444 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
35446 @c 29
35447 @item
35448 Variable name may be a single digit or a full name.
35450 @c 30
35451 @item
35452 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c},
35453 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or press
35454 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
35455 of the result of the edit.
35457 @c 31
35458 @item
35459 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
35461 @c 32
35462 @item
35463 Press this key a second time to cancel the prefix.
35465 @c 33
35466 @item
35467 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
35468 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
35470 @c 34
35471 @item
35472 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
35473 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
35474 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
35475 backward by that many lines.
35477 @c 35
35478 @item
35479 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
35480 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
35481 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
35482 region between point and mark as a single formula.
35484 @c 36
35485 @item
35486 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
35487 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
35488 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
35489 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
35491 @c 37
35492 @item
35493 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
35495 @c 38
35496 @item
35497 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
35498 later prompts by popping additional stack entries.
35500 @c 39
35501 @item
35502 Answer for @cite{v} may also be of the form @cite{v = v_0} or
35503 @cite{v - v_0}.
35505 @c 40
35506 @item
35507 With a positive prefix argument, stack contains many @cite{y}'s and one
35508 common @cite{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
35509 @cite{y}s and a common @cite{x}.  With a negative prefix, stack
35510 contains many @cite{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
35511 @cite{z} for @cite{y} and @cite{x,y} for @cite{x}.)
35513 @c 41
35514 @item
35515 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
35517 @c 42
35518 @item
35519 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
35520 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
35522 @c 43
35523 @item
35524 With any prefix argument, set the default value instead of the
35525 value for this graph.
35527 @c 44
35528 @item
35529 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
35531 @c 45
35532 @item
35533 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
35534 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
35535 otherwise.
35537 @c 46
35538 @item
35539 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
35540 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
35541 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
35542 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
35543 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
35544 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
35545 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
35546 to evaluate variables.@refill
35548 @c 47
35549 @item
35550 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
35551 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
35552 assigns @c{$x \coloneq a-x$}
35553 @cite{x := a-x}.
35555 @c 48
35556 @item
35557 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
35558 variables prompt with @cite{iv} or @cite{iv;pv} to specify
35559 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
35560 takes @i{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
35561 and a vector from the stack.
35563 @c 49
35564 @item
35565 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
35566 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
35568 @c 50
35569 @item
35570 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
35571 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
35572 entry, then restores the original setting of the mode.
35574 @c 51
35575 @item
35576 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
35577 default 2D resolution.
35579 @c 52
35580 @item
35581 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
35582 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
35583 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
35584 grabs the @var{n}th mode value only.
35585 @end enumerate
35587 @iftex
35588 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
35589 @page
35590 @endgroup
35591 @end iftex
35594 @c [end-summary]
35596 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
35597 @unnumbered Index of Key Sequences
35599 @printindex ky
35601 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
35602 @unnumbered Index of Calculator Commands
35604 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
35605 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
35606 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
35607 @kbd{M-x calc-last-args}.
35609 @printindex pg
35611 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
35612 @unnumbered Index of Algebraic Functions
35614 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
35615 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
35616 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
35617 @iftex
35618 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
35619 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
35620 @end iftex
35622 @printindex tp
35624 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
35625 @unnumbered Concept Index
35627 @printindex cp
35629 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
35630 @unnumbered Index of Variables
35632 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
35633 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
35634 corresponding Lisp variable.
35636 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
35637 in your @file{.emacs} file.
35639 @printindex vr
35641 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
35642 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
35644 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
35645 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
35646 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
35647 @samp{math-}.
35649 @printindex fn
35651 @summarycontents
35653 @c [end]
35655 @contents
35656 @bye