(Radix Modes): Clean up wording.
[emacs.git] / doc / misc / calc.texi
blob590ec8059e74ec545821099e8048bff9bb465e65
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
10 @c The following macros are used for conditional output for single lines.
11 @c @texline foo
12 @c    `foo' will appear only in TeX output
13 @c @infoline foo
14 @c    `foo' will appear only in non-TeX output
16 @c @expr{expr} will typeset an expression;
17 @c $x$ in TeX, @samp{x} otherwise.
19 @iftex
20 @macro texline
21 @end macro
22 @alias infoline=comment
23 @alias expr=math
24 @alias tfn=code
25 @alias mathit=expr
26 @alias summarykey=key
27 @macro cpi{}
28 @math{@pi{}}
29 @end macro
30 @macro cpiover{den}
31 @math{@pi/\den\}
32 @end macro
33 @end iftex
35 @ifnottex
36 @alias texline=comment
37 @macro infoline{stuff}
38 \stuff\
39 @end macro
40 @alias expr=samp
41 @alias tfn=t
42 @alias mathit=i
43 @macro summarykey{ky}
44 \ky\
45 @end macro
46 @macro cpi{}
47 @expr{pi}
48 @end macro
49 @macro cpiover{den}
50 @expr{pi/\den\}
51 @end macro
52 @end ifnottex
55 @tex
56 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
57 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
58 @end tex
60 @c Fix some other things specifically for this manual.
61 @iftex
62 @finalout
63 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
64 @tex
65 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
67 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
68 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
69 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
70 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
71 @end tex
72 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
73 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
74 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
75 @ignore
76 @newcount@calcpageno
77 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
78 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
79 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
80 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
81 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
82 \r@ggedbottomtrue
83 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
84 @end ignore
85 @end iftex
87 @copying
88 @ifinfo
89 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
90 @end ifinfo
91 @ifnotinfo
92 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator, included with GNU Emacs 23.1.
93 @end ifnotinfo
95 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
96 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
98 @quotation
99 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
100 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or
101 any later version published by the Free Software Foundation; with the
102 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
103 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
104 Texts as in (a) below.  A copy of the license is included in the section
105 entitled ``GNU Free Documentation License.''
107 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have the freedom to copy and
108 modify this GNU manual.  Buying copies from the FSF supports it in
109 developing GNU and promoting software freedom.''
110 @end quotation
111 @end copying
113 @dircategory Emacs
114 @direntry
115 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
116 @end direntry
118 @titlepage
119 @sp 6
120 @center @titlefont{Calc Manual}
121 @sp 4
122 @center GNU Emacs Calc
123 @c [volume]
124 @sp 5
125 @center Dave Gillespie
126 @center daveg@@synaptics.com
127 @page
129 @vskip 0pt plus 1filll
130 @insertcopying
131 @end titlepage
134 @summarycontents
136 @c [end]
138 @contents
140 @c [begin]
141 @ifnottex
142 @node Top, Getting Started, (dir), (dir)
143 @chapter The GNU Emacs Calculator
145 @noindent
146 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
147 written by Dave Gillespie that runs as part of the GNU Emacs environment.
149 This manual, also written (mostly) by Dave Gillespie, is divided into
150 three major parts: ``Getting Started,'' the ``Calc Tutorial,'' and the
151 ``Calc Reference.''  The Tutorial introduces all the major aspects of
152 Calculator use in an easy, hands-on way.  The remainder of the manual is
153 a complete reference to the features of the Calculator.
154 @end ifnottex
156 @ifinfo
157 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
158 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
159 longer Info tutorial.)
160 @end ifinfo
162 @insertcopying
164 @menu
165 * Getting Started::       General description and overview.
166 @ifinfo
167 * Interactive Tutorial::
168 @end ifinfo
169 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
171 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
172 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
173 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
174 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
175 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
176 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
177 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
178 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
179 * Units::                 Operations on numbers with units.
180 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
181 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
182 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
183 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
184 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
185 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
187 * Copying::               How you can copy and share Calc.
188 * GNU Free Documentation License:: The license for this documentation.
189 * Customizing Calc::      Customizing Calc.
190 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
192 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
194 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
195 * Command Index::         The interactive Calc commands.
196 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
197 * Concept Index::         General concepts.
198 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
199 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
200 @end menu
202 @ifinfo
203 @node Getting Started, Interactive Tutorial, Top, Top
204 @end ifinfo
205 @ifnotinfo
206 @node Getting Started, Tutorial, Top, Top
207 @end ifnotinfo
208 @chapter Getting Started
209 @noindent
210 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
211 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
212 and what are the various ways that it can be used.
214 @menu
215 * What is Calc::
216 * About This Manual::
217 * Notations Used in This Manual::
218 * Demonstration of Calc::
219 * Using Calc::
220 * History and Acknowledgements::
221 @end menu
223 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
224 @section What is Calc?
226 @noindent
227 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
228 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
229 series of calculators, its many features include:
231 @itemize @bullet
232 @item
233 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
235 @item
236 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
238 @item
239 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
240 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
241 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
242 and algebraic formulas.
244 @item
245 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
247 @item
248 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
250 @item
251 Financial functions such as future value and internal rate of return.
253 @item
254 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
255 modulo @var{m} for any @var{m}.
257 @item
258 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
260 @item
261 Moving data to and from regular editing buffers.
263 @item
264 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
265 inside any editing buffer.
267 @item
268 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
270 @item
271 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
272 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
273 @end itemize
275 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
276 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
277 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
278 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
279 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
280 the program you can learn its additional features.  Calc does not
281 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
282 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
284 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
285 @section About This Manual
287 @noindent
288 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
289 Calculator.  It works both as an introduction for novices and as
290 a reference for experienced users.  While it helps to have some
291 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
292 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
293 regularly.
295 This manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
296 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial, and the Calc
297 reference manual.
298 @c [when-split]
299 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
300 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
301 @c chapter.
303 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
304 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
305 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
306 will show you everything you need to know to begin.
307 @xref{Demonstration of Calc}.
309 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
310 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
311 to Calc and you have some time, try going through at least the
312 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
313 with answers.  These exercises give you some guided practice with
314 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
315 to use its features.
317 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
318 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
319 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
320 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
321 need to know.
323 @c @cindex Marginal notes
324 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
325 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
326 variables also have their own indices.  
327 @c @texline Each
328 @c @infoline In the printed manual, each
329 @c paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
330 @c in the margin with its index entry.
332 @c [fix-ref Help Commands]
333 You can access this manual on-line at any time within Calc by pressing
334 the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window, you can press
335 @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  From within Calc the command
336 @kbd{h t} will jump directly to the Tutorial; from outside of Calc the
337 command @kbd{C-x * t} will jump to the Tutorial and start Calc if
338 necessary.  Pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s} will take you directly
339 to the Calc Summary.  Within Calc, you can also go to the part of the
340 manual describing any Calc key, function, or variable using 
341 @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v}, respectively.  @xref{Help Commands}.
343 @ifnottex
344 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
345 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
346 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
347 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
348 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
349 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
350 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
351 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
352 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
353 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
354 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
355 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
356 The result will be a device-independent output file called
357 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
358 for your system.  On many systems, the command is
360 @example
361 lpr -d calc.dvi
362 @end example
364 @noindent
367 @example
368 dvips calc.dvi
369 @end example
370 @end ifnottex
371 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
372 @c Foundation.
374 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
375 @section Notations Used in This Manual
377 @noindent
378 This section describes the various notations that are used
379 throughout the Calc manual.
381 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
382 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
383 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
384 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
385 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
386 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
387 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
388 whatever key you would use to correct a simple typing error when
389 regularly using Emacs.
391 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
392 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
393 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
394 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
395 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
397 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
398 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
399 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
401 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
402 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
403 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
404 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
406 Commands that correspond to functions in algebraic notation
407 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
408 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
409 the corresponding function in an algebraic-style formula would
410 be @samp{cos(@var{x})}.
412 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
413 [@code{sincos}].
415 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
416 @section A Demonstration of Calc
418 @noindent
419 @cindex Demonstration of Calc
420 This section will show some typical small problems being solved with
421 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
422 everything you see here will be covered more thoroughly in the
423 Tutorial.
425 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
426 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
427 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
428 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
430 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
431 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
432 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
433 Delete, and Space keys.
435 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
436 then the command to operate on the numbers.
438 @noindent
439 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
440 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
441 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
443 @noindent
444 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
445 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
446 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
448 @noindent
449 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
451 @noindent
452 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
453 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
455 @noindent
456 Type @key{DEL} to erase this result.
458 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
459 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
460 use the apostrophe key.
462 @noindent
463 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
464 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
465 @infoline the square root of 2+3.
467 @noindent
468 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
469 @texline @math{\pi^2}.
470 @infoline `pi' squared.  
471 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
473 @noindent
474 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
475 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
477 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
478 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
479 the next section.)
481 @noindent
482 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
483 ``buttons'' using your left mouse button.
485 @noindent
486 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
488 @noindent
489 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
491 @noindent
492 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
494 @noindent
495 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
496 the Keypad Calculator off.
498 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
499 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
500 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
501 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
502 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
503 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
504 ``grab'' these numbers into Calc.
506 @example
507 @group
508 1.23  1.97
509 1.6   2
510 1.19  1.08
511 @end group
512 @end example
514 @noindent
515 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
516 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
518 @noindent
519 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
520 the product of the numbers.
522 @noindent
523 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
524 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
525 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
527 @noindent
528 Type @kbd{v t} to transpose this 
529 @texline @math{3\times2}
530 @infoline 3x2 
531 matrix into a 
532 @texline @math{2\times3}
533 @infoline 2x3
534 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
535 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
536 of the two original columns. (There is also a special
537 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
539 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
540 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
541 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
543 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
544 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
545 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
546 many weeks have passed since then.
548 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
549 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
550 to enter a pair of equations involving three variables.
551 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
552 in @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
553 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
555 @noindent
556 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
557 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
558 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
559 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
560 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
562 @noindent
563 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
564 (That's the letter @kbd{l}, not the numeral @kbd{1}.)
566 @ifnotinfo
567 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
568 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
569 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
570 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
571 @kbd{h s} to read the Calc summary.
572 @end ifnotinfo
573 @ifinfo
574 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
575 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
576 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
577 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
578 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
579 @end ifinfo
581 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
582 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
584 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
585 @section Using Calc
587 @noindent
588 Calc has several user interfaces that are specialized for
589 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
590 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
592 @menu
593 * Starting Calc::
594 * The Standard Interface::
595 * Quick Mode Overview::
596 * Keypad Mode Overview::
597 * Standalone Operation::
598 * Embedded Mode Overview::
599 * Other C-x * Commands::
600 @end menu
602 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
603 @subsection Starting Calc
605 @noindent
606 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
607 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch}, 
608 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
610 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
611 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
612 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
613 which Calc interface you want to use.
615 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
616 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
617 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
618 a complete list.
620 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
621 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
622 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
624 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
625 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
626 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
627 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
628 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
630 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
631 the Calculator also turn it off if it is already on.
633 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
634 @subsection The Standard Calc Interface
636 @noindent
637 @cindex Standard user interface
638 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
639 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
640 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
641 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
643 @smallexample
644 @group
647 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
648 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calculator Trail
649 2:  17.3                                        |    17.3
650 1:  -5                                          |    3
651     .                                           |    2
652                                                 |    4
653                                                 |  * 8
654                                                 |  ->-5
655                                                 |
656 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%*- *Calc Trail*
657 @end group
658 @end smallexample
660 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
661 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
662 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
663 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
664 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
665 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
666 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
667 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
668 you do.
670 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
671 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
672 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
673 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
674 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
676 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
677 there is a set of commands that allow you to search back through
678 the trail and retrieve any previous result.
680 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
681 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
682 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
683 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
684 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
685 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
686 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
688 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
689 window and back into your editing window, say by using the Emacs
690 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
691 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
692 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
693 as Calc commands.
695 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
696 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
697 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
698 same stack and trail contents you had when you last used the
699 Calculator.
701 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
702 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
703 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
704 you save your favorite mode settings between sessions, though.
705 One of the things it saves is which user interface (standard or
706 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
707 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
709 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
711 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
712 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
713 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
714 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
715 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
716 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
717 normal partial-screen mode.
719 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
720 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
721 editing before remains selected instead.  If you are in a Calc window,
722 then @kbd{C-x * o} will switch you out of it, being careful not to
723 switch you to the Calc Trail window.  So @kbd{C-x * o} is a handy
724 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; you can then
725 type @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
727 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
728 @subsection Quick Mode (Overview)
730 @noindent
731 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
732 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
733 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
735 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
736 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
737 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
738 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
739 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
740 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
741 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
742 at this point will yank the result into your editing buffer.
744 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
745 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
747 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
748 @xref{Quick Calculator}, for further information.
750 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
751 @subsection Keypad Mode (Overview)
753 @noindent
754 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
755 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
756 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
757 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
759 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
760 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
761 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
762 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
764 @tex
765 \dimen0=\pagetotal%
766 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
767 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
768 \medskip
769 @end tex
770 @smallexample
771 @group
772 |--- Emacs Calculator Mode ---
773 |2:  17.3
774 |1:  -5
775 |    .
776 |--%*-Calc: 12 Deg       (Calcul
777 |----+----+--Calc---+----+----1
778 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
779 |----+----+----+----+----+----|
780 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
781 |----+----+----+----+----+----|
782 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
783 |----+----+----+----+----+----|
784 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
785 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
786 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
787 |-----+-----+-----+-----+-----|
788 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
789 |-----+-----+-----+-----+-----|
790 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
791 |-----+-----+-----+-----+-----|
792 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
793 |-----+-----+-----+-----+-----+
794 @end group
795 @end smallexample
797 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
798 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
799 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
800 always switch the cursor into the Calc stack window to use
801 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
802 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
804 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
805 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
806 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
807 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
808 the stack).
810 If you click the right mouse button, the top three rows of the
811 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
812 math functions, vector operations, and operations on binary
813 numbers.
815 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
816 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
817 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
818 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
819 explicit command to switch between editing and calculating.
821 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
822 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
823 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
825 @c [fix-ref Keypad Mode]
826 @xref{Keypad Mode}, for further information.
828 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
829 @subsection Standalone Operation
831 @noindent
832 @cindex Standalone Operation
833 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
834 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
835 can give the commands:
837 @example
838 emacs -f full-calc
839 @end example
841 @noindent
844 @example
845 emacs -f full-calc-keypad
846 @end example
848 @noindent
849 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
850 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
851 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
852 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
853 itself.
855 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
856 @subsection Embedded Mode (Overview)
858 @noindent
859 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
860 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
861 document like this:
863 @smallexample
864 @group
865 The derivative of
867                                    ln(ln(x))
870 @end group
871 @end smallexample
873 @noindent
874 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
875 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
876 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
877 you want the result to be, leaving a blank line before and after the
878 formula:
880 @smallexample
881 @group
882 The derivative of
884                                    ln(ln(x))
888                                    ln(ln(x))
889 @end group
890 @end smallexample
892 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
893 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to tell
894 how much text to read), then push this formula (invisibly) onto the Calc
895 stack.  The cursor will stay on the formula in the editing buffer, but
896 the line with the formula will now appear as it would on the Calc stack
897 (in this case, it will be left-aligned) and the buffer's mode line will
898 change to look like the Calc mode line (with mode indicators like
899 @samp{12 Deg} and so on).  Even though you are still in your editing
900 buffer, the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
901 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take the
902 derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
904 @smallexample
905 @group
906 The derivative of
908                                    ln(ln(x))
912 1 / ln(x) x
913 @end group
914 @end smallexample
916 (Note that by default, Calc gives division lower precedence than multiplication,
917 so that @samp{1 / ln(x) x} is equivalent to @samp{1 / (ln(x) x)}.)
919 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
920 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
922 @smallexample
923 @group
924 The derivative of
926                                    ln(ln(x))
929 % [calc-mode: justify: center]
930 % [calc-mode: language: big]
932                                        1
933                                     -------
934                                     ln(x) x
935 @end group
936 @end smallexample
938 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
939 that were used for this formula.  They are formatted like comments
940 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
941 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
942 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
943 out of the way.)
945 As an extra flourish, we can add an equation number using a
946 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
948 @smallexample
949 @group
950 % [calc-mode: justify: center]
951 % [calc-mode: language: big]
952 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
954                                        1
955                                     -------                      (1)
956                                     ln(x) x
957 @end group
958 @end smallexample
960 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
961 and keyboard will revert to the way they were before.
963 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
964 generally means a single number, inside text.  It searches for an
965 expression which ``looks'' like a number containing the point.
966 Here's an example of its use:
968 @smallexample
969 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
970 @end smallexample
972 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
973 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
974 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
975 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
977 @smallexample
978 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
979 @end smallexample
981 @c [fix-ref Embedded Mode]
982 @xref{Embedded Mode}, for full details.
984 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
985 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
987 @noindent
988 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
989 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
990 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
991 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
992 cursor or ``point'' placed at the other.
994 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
995 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
996 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
997 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
998 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
999 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
1000 formula.
1002 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
1003 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1004 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1006 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
1007 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1008 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
1009 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
1010 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1011 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1012 to be visible in order to use this command, as long as there
1013 is something on the Calc stack.
1015 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
1016 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1017 following @kbd{C-x *}.
1019 @noindent
1020 Commands for turning Calc on and off:
1022 @table @kbd
1023 @item *
1024 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1026 @item =, +, -, /, \, &, #
1027 Alternatives for @kbd{*}.
1029 @item C
1030 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1031 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1032 in the Calc window, move the cursor into the window.
1034 @item O
1035 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1036 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1037 move it out of that window.
1039 @item B
1040 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1042 @item Q
1043 Use Quick mode for a single short calculation.
1045 @item K
1046 Turn Calc Keypad mode on or off.
1048 @item E
1049 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1051 @item J
1052 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1054 @item W
1055 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1057 @item Z
1058 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1060 @item X
1061 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1062 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1063 @end table
1064 @iftex
1065 @sp 2
1066 @end iftex
1068 @noindent
1069 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1071 @table @kbd
1072 @item G
1073 Grab the region into the Calculator as a vector.
1075 @item R
1076 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1078 @item :
1079 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1081 @item _
1082 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1084 @item Y
1085 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1086 @end table
1087 @iftex
1088 @sp 2
1089 @end iftex
1091 @noindent
1092 Commands for use with Embedded mode:
1094 @table @kbd
1095 @item A
1096 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1097 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1098 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1100 @item D
1101 Duplicate the current formula immediately below and select
1102 the duplicate.
1104 @item F
1105 Insert a new formula at the current point.
1107 @item N
1108 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1110 @item P
1111 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1113 @item U
1114 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1116 @item `
1117 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1118 @end table
1119 @iftex
1120 @sp 2
1121 @end iftex
1123 @noindent
1124 Miscellaneous commands:
1126 @table @kbd
1127 @item I
1128 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1129 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1131 @item T
1132 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1134 @item S
1135 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1137 @item L
1138 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1139 are loaded only as they are needed.)
1141 @item M
1142 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1143 and record them as the current keyboard macro.
1145 @item 0
1146 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1147 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1148 @end table
1150 @node History and Acknowledgements,  , Using Calc, Getting Started
1151 @section History and Acknowledgements
1153 @noindent
1154 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1155 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1156 the value of 
1157 @texline @math{2^{32}}.
1158 @infoline @expr{2^32}.  
1159 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1160 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1161 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1162 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1163 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1164 all.
1166 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1167 and b) because, being only a text editor extension language after
1168 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1169 got too far out of hand.
1171 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1172 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1173 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1175 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1176 this had to be simulated in software.  In fact, Emacs integers would
1177 only comfortably fit six decimal digits or so---not enough for a decent
1178 calculator.  So I had to write my own high-precision integer code as
1179 well, and once I had this I figured that arbitrary-size integers were
1180 just as easy as large integers.  Arbitrary floating-point precision was
1181 the logical next step.  Also, since the large integer arithmetic was
1182 there anyway it seemed only fair to give the user direct access to it,
1183 which in turn made it practical to support fractions as well as floats.
1184 All these features inspired me to look around for other data types that
1185 might be worth having.
1187 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1188 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1189 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1190 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1191 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1192 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1193 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1194 rewrite rules and other programming features so that users could
1195 implement what they needed for themselves.
1197 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1198 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1199 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1201 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1202 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1203 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1205 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1206 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1207 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1208 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1209 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1210 algebra system for microcomputers.
1212 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1213 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1214 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1215 rules, and many other algebra features; 
1216 @texline Fran\c{c}ois
1217 @infoline Francois
1218 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1219 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1220 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1221 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1222 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1223 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1224 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Juha
1225 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1226 parts; Bob Weiner, who helped immensely with the Lucid Emacs port; and
1227 Robert J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises as
1228 well as many other things.  
1230 @cindex Bibliography
1231 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1232 @cindex Numerical Recipes
1233 @c Should these be expanded into more complete references?
1234 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1235 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1236 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1237 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1238 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1239 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1240 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1241 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1242 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1243 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1244 Dan LaLiberte.
1246 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1247 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1248 finished in two weeks.
1250 @c [tutorial]
1252 @ifinfo
1253 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1254 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1255 @chapter Tutorial
1257 @noindent
1258 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1260 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1261 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1262 for this).
1264 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1265 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1266 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1267 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1269 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1270 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1271 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1272 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1273 @kbd{l} to return to where you were before.
1275 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1277 Press the number @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1279 @menu
1280 * Tutorial::
1281 @end menu
1283 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1284 @end ifinfo
1285 @ifnotinfo
1286 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1287 @end ifnotinfo
1288 @chapter Tutorial
1290 @noindent
1291 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1292 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1293 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1294 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1295 @c [not-split]
1296 to skip on to the rest of this manual.
1297 @c [when-split]
1298 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1300 @c [fix-ref Embedded Mode]
1301 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1302 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1303 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1304 the Embedded mode interface.
1306 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1307 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  Press
1308 @kbd{C-x * t} to set this up; the on-line tutorial will be opened in the
1309 current window and Calc will be started in another window.  From the
1310 Info window, the command @kbd{C-x * c} can be used to switch to the Calc
1311 window and @kbd{C-x * o} can be used to switch back to the Info window.
1312 (If you have a printed copy of the manual you can use that instead; in
1313 that case you only need to press @kbd{C-x * c} to start Calc.)
1315 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1316 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1317 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1318 general areas.
1320 @ifnottex
1321 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1322 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1323 printed summary.  @xref{Summary}.
1324 @end ifnottex
1325 @iftex
1326 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1327 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1328 Calc.
1329 @end iftex
1331 @menu
1332 * Basic Tutorial::
1333 * Arithmetic Tutorial::
1334 * Vector/Matrix Tutorial::
1335 * Types Tutorial::
1336 * Algebra Tutorial::
1337 * Programming Tutorial::
1339 * Answers to Exercises::
1340 @end menu
1342 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1343 @section Basic Tutorial
1345 @noindent
1346 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1347 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1348 to control various modes of the Calculator.
1350 @menu
1351 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1352 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1353 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1354 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1355 @end menu
1357 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1358 @subsection RPN Calculations and the Stack
1360 @cindex RPN notation
1361 @ifnottex
1362 @noindent
1363 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1364 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1365 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1366 Jan Lukasiewicz.)
1367 @end ifnottex
1368 @tex
1369 \noindent
1370 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1371 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1372 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1373 Jan \L ukasiewicz.)
1374 @end tex
1376 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1377 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1378 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1379 from the top of the stack.
1381 @cindex Operators
1382 @cindex Operands
1383 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1384 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1385 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1386 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1387 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1388 number of operands from the stack and pushes back the result.
1390 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1391 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1392 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1393 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1394 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1395 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1396 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1397 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1398 will look at various points throughout the calculation:
1400 @smallexample
1401 @group
1402     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1403                    .          1:  3              .
1404                                   .
1406   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1407 @end group
1408 @end smallexample
1410 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1411 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1412 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1413 less distracting in regular use.
1415 @cindex Stack levels
1416 @cindex Levels of stack
1417 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1418 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1419 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1420 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1421 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1422 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1423 work on the top few levels of the stack.
1425 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1426 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1427 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1428 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1429 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1430 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1431 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1432 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1433 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1434 if you are interested.
1436 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1437 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1438 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1439 automatically enters that number and then does the requested command.
1440 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1442 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1443 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1445 @smallexample
1446 @group
1447 1:  2          2:  2          1:  5
1448     .          1:  3              .
1449                    .
1451   2 @key{RET}            3              +
1452 @end group
1453 @end smallexample
1455 @noindent
1456 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1457 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1458 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1460 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1461 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1462 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1463 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1464 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1465 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1466 return to where you were.)
1468 @noindent
1469 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1470 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1471 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1472 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1474 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1475 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1476 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1477 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1479 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1480 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1481 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1482 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1483 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1484 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1485 results of the previous example at the beginning of a new example.
1486 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1487 clear away old results, the text will remind you to do so.
1489 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1490 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1491 spend a long time reformatting such a large stack.)
1493 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1494 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1495 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1496 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1497 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1499 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1500 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1501 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1503 @cindex Duplicating a stack entry
1504 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1505 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1507 @smallexample
1508 @group
1509 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1510     .          1:  3              .          1:  9              .
1511                    .                             .
1513   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1514 @end group
1515 @end smallexample
1517 @noindent
1518 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1519 to raise 3 to the fourth power.)
1521 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1522 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1523 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1525 @cindex Exchanging stack entries
1526 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1527 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1528 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1529 was @expr{20 / (2+3)}.
1531 @smallexample
1532 @group
1533 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1534     .          1:  20         1:  5              .
1535                    .              .
1537  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1538 @end group
1539 @end smallexample
1541 @noindent
1542 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1544 @smallexample
1545 @group
1546 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1547     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1548                    .          1:  3              .
1549                                   .
1551   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1552 @end group
1553 @end smallexample
1555 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1556 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1557 bringing the object in level 3 to the top.
1559 @smallexample
1560 @group
1561 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1562     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1563                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1564                                   .              .              .
1566   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1567 @end group
1568 @end smallexample
1570 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1571 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1572 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1573 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1575 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1576 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1577 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1578 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1580 @smallexample
1581 @group
1582 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1583     .              .          1:  16             .              .
1584                                   .
1586   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1587 @end group
1588 @end smallexample
1590 @noindent
1591 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1592 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1594 @cindex Pythagorean Theorem
1595 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1596 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1597 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1598 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1600 @smallexample
1601 @group
1602 1:  3          2:  3          1:  5
1603     .          1:  4              .
1604                    .
1606   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1607 @end group
1608 @end smallexample
1610 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1611 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1612 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1613 prefix for you:
1615 @smallexample
1616 @group
1617 1:  3          2:  3          1:  5
1618     .          1:  4              .
1619                    .
1621   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1622 @end group
1623 @end smallexample
1625 What happens if you take the square root of a negative number?
1627 @smallexample
1628 @group
1629 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1630     .              .              .
1632   4 @key{RET}            n              Q
1633 @end group
1634 @end smallexample
1636 @noindent
1637 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1638 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1639 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1640 @expr{(a, b)} notation.
1642 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1643 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1644 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1645 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1646 complex result.)
1648 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1649 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1651 @smallexample
1652 @group
1653 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1654     .          1:  2              .              3              .
1655                    .                             .
1657     (              2              ,              3              )
1658 @end group
1659 @end smallexample
1661 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1662 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1664 @smallexample
1665 @group
1666 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1667     .          1:  2          2:  2              5              5
1668                    .          1:  3              .              .
1669                                   .
1670                                                              (error)
1671     (             2 @key{RET}           3              +              +
1672 @end group
1673 @end smallexample
1675 @noindent
1676 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1677 produces an error message and leaves the stack the same.
1679 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1680 moved around by the regular stack commands.
1682 @smallexample
1683 @group
1684 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1685 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1686     .          1:  ( ...      1:  2              3
1687                    .              .              .
1689 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1690 @end group
1691 @end smallexample
1693 @noindent
1694 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1695 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1696 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1697 to use the comma.  It's up to you.
1699 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1700 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1701 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1702 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1703 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1705 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1706 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1707 the tutorial.
1709 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1710 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1711 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1712 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1713 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1714 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1715 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1717 @smallexample
1718 @group
1719 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1720     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1721                    .          1:  30         1:  30
1722                                   .              .
1724   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1725 @end group
1726 @end smallexample
1728 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1729 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1730 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1731 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1732 the second-to-top element of the stack:
1734 @smallexample
1735 @group
1736 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1737     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1738                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1739                                   .              .          1:  20
1740                                                                 .
1742   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1743 @end group
1744 @end smallexample
1746 @cindex Clearing the stack
1747 @cindex Emptying the stack
1748 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1749 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1750 entire stack.)
1752 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1753 @subsection Algebraic-Style Calculations
1755 @noindent
1756 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1757 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1758 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1759 in traditional @expr{2+3} notation.
1761 @strong{Notice:} Calc gives @samp{/} lower precedence than @samp{*}, so
1762 that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}; this is not
1763 standard across all computer languages.  See below for details.
1765 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1766 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1767 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1768 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1769 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1770 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1771 @key{DEL} to delete it from the stack.
1773 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1774 The result should be the number 9.
1776 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1777 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1778 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1779 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1780 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1782 @example
1783 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1784 @end example
1786 @noindent
1787 is equivalent to
1789 @example
1790 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1791 @end example
1793 @noindent
1794 or, in large mathematical notation,
1796 @ifnottex
1797 @example
1798 @group
1799     3 * 4 * 5
1800 2 + --------- - 9
1801           8
1802      6 * 7
1803 @end group
1804 @end example
1805 @end ifnottex
1806 @tex
1807 \turnoffactive
1808 \beforedisplay
1809 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1810 \afterdisplay
1811 @end tex
1813 @noindent
1814 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1816 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1817 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1818 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1819 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1821 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1822 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1823 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1824 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1826 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1827 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1828 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1829 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1830 should appear in the Calc window's mode line.)
1832 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1834 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1835 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1836 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1837 an algebraic entry.
1839 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1840 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1841 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1842 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1843 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1845 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1846 be @expr{0.16227766017}.
1848 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1849 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1850 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1851 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1852 rule to use!
1854 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1855 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1856 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1858 Still in Algebraic mode, type:
1860 @smallexample
1861 @group
1862 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1863     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1864                    .                             .
1866  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1867 @end group
1868 @end smallexample
1870 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1871 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1872 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1874 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1875 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1876 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1877 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1878 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1879 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1880 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1882 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1884 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1885 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1886 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1887 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1888 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1889 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1890 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1891 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1892 of the stack.  Here, we perform the calculation 
1893 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1894 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1895 which on a traditional calculator would be done by pressing
1896 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1898 @smallexample
1899 @group
1900 1:  8          1:  9          1:  3
1901     .              .              .
1903   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1904 @end group
1905 @end smallexample
1907 @noindent
1908 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1909 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1911 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1912 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1913 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1914 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1916 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1917 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1919 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1920 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1921 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1922 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1923 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1924 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1925 or more letters or digits, beginning with a letter.
1927 @smallexample
1928 @group
1929 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1930     .                             .              .
1932     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1933 @end group
1934 @end smallexample
1936 @noindent
1937 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1938 variables by the values that were stored in them.
1940 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1941 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1942 or by using the @kbd{s r} command.
1944 @smallexample
1945 @group
1946 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1947     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1948                    .          1:  2              .
1949                                   .
1951   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1952 @end group
1953 @end smallexample
1955 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1956 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1957 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1958 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1959 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1960 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1962 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1963 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1965 @smallexample
1966 @group
1967 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
1968     .                 .
1970  ' 2a+2b @key{RET}          =
1971 @end group
1972 @end smallexample
1974 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1975 alone, as are calls for which the value is undefined.
1977 @smallexample
1978 @group
1979 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
1980     .
1982  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1983 @end group
1984 @end smallexample
1986 @noindent
1987 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1988 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1989 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1990 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1991 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1992 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1993 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1994 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1995 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1996 automatically displays the first message only if the message is
1997 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1998 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
1999 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2000 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2002 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2003 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2004 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2005 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2006 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2008 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2009 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2010 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2012 One interesting way to work with variables is to use the
2013 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2014 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2015 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2016 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2017 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2018 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2019 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2021 @smallexample
2022 @group
2023 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2024 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2025     .                                  .
2027 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2028 @end group
2029 @end smallexample
2031 @noindent
2032 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2033 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2034 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2035 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2036 to see the effects on the formulas' values.
2038 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2040 @smallexample
2041 @group
2042 2:  2 + 5 => 5
2043 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2044     .
2046     s u a @key{RET}
2047 @end group
2048 @end smallexample
2050 We will encounter formulas involving variables and functions again
2051 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2053 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2054 @subsection Undo and Redo
2056 @noindent
2057 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2058 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2059 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2060 with a clean slate.  Now:
2062 @smallexample
2063 @group
2064 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2065     .          1:  3              .          1:  3              .
2066                    .                             .
2068    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2069 @end group
2070 @end smallexample
2072 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2073 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2074 above example, you could type:
2076 @smallexample
2077 @group
2078 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2079     .          1:  3              .
2080                    .
2081                                                              (error)
2082                    U              U              U              U
2083 @end group
2084 @end smallexample
2086 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2087 mistakenly.
2089 @smallexample
2090 @group
2091     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2092                    .          1:  3              .              .
2093                                   .
2094                                                              (error)
2095                    D              D              D              D
2096 @end group
2097 @end smallexample
2099 @noindent
2100 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2101 by something other than an undo command.
2103 @cindex Time travel
2104 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2105 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2106 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2107 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2108 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2109 was an earlier undo command.
2111 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2112 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2113 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2114 press @kbd{t d} now to turn it on.
2116 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2117 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2118 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2119 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2120 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2121 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2122 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2123 stack.
2125 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2126 went into the trail.
2128 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2129 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2130 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2131 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2132 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2133 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2134 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2135 continue the search forwards or backwards as you like.
2137 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2138 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2139 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2140 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2141 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2143 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2144 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2145 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2146 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2147 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2148 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2149 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2150 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2151 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2152 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2153 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2155 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2157 @smallexample
2158 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2159 @end smallexample
2161 @noindent
2162 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2163 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2164 with a single capital letter showing which letter you press to get
2165 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2166 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2167 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2168 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2170 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2171 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2172 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2173 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2174 the prefix.
2176 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2177 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2178 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2179 to edit a stack entry.
2181 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2182 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2183 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2184 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2185 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2186 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2187 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2188 during entry of a number or algebraic formula.
2190 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2191 @subsection Mode-Setting Commands
2193 @noindent
2194 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2195 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2196 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2197 try some of the most common ones here.
2199 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2200 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2202 @smallexample
2203 --%*-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2204 @end smallexample
2206 @noindent
2207 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2208 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2209 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2210 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2211 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2212 leading and trailing zeros.
2214 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2215 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2216 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2218 @smallexample
2219 @group
2220 1:  0.142857142857
2221 2:  0.142857142857142857142857142857
2222     .
2223 @end group
2224 @end smallexample
2226 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2227 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2228 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2229 Calc has to stop somewhere.
2231 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2232 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2234 Calculations always use the current precision.  For example, even
2235 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2236 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2237 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2238 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2239 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2240 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2242 @smallexample
2243 @group
2244 1:  0.142857142857
2245 2:  0.142857142857142857142857142857
2246 3:  1.14285714286
2247     .
2248 @end group
2249 @end smallexample
2251 @noindent
2252 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2253 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2255 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2256 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2257 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2258 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2259 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2260 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2261 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2262 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2263 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2264 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2265 arithmetic.
2267 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2268 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2269 to convert an integer to floating-point form.
2271 Let's try entering that last calculation:
2273 @smallexample
2274 @group
2275 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2276     .          1:  10000          .
2277                    .
2279   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2280 @end group
2281 @end smallexample
2283 @noindent
2284 @cindex Scientific notation, entry of
2285 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2286 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2287 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2288 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2290 @smallexample
2291 @group
2292 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2293     .          1:  10000.         .
2294                    .
2296   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2297 @end group
2298 @end smallexample
2300 @cindex Round-off errors
2301 @noindent
2302 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2303 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2304 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2305 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2306 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2307 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2308 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2309 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2310 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2311 out:
2313 @smallexample
2314 @group
2315     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2316                    .          1:  10000.         .
2317                                   .
2319  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2320 @end group
2321 @end smallexample
2323 @noindent
2324 @cindex Guard digits
2325 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2326 calculation using an integer or floating-point power, since we
2327 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2328 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2329 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2330 last place.
2332 @cindex Guard digits
2333 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2334 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2335 In each case, Calc added about two digits of precision during
2336 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2337 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2338 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2339 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2341 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2342 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2343 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2344 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2345 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2346 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2347 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2348 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2349 onto the stack and try some different display modes.  First,
2350 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2351 numbers shown here:
2353 @smallexample
2354 @group
2355 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2356 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2357 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2358 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2359     .              .              .              .              .
2361    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2362 @end group
2363 @end smallexample
2365 @noindent
2366 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2367 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2368 five significant figures reappeared.  The float format does not
2369 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2370 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2371 of numbers in the Calculator's memory.
2373 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2374 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2375 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2376 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2378 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2379 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2380 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2381 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2382 mode-changing command will appear in the new format.
2384 @smallexample
2385 @group
2386 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2387 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2388 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2389 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2390     .              .              .              .              .
2392     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2393 @end group
2394 @end smallexample
2396 @noindent
2397 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2398 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2399 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2400 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2401 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2402 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2403 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2405 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2406 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2407 displayed exactly.
2409 @cindex Large numbers, readability
2410 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2411 the result of @kbd{2^3^4}.
2413 @example
2414 2417851639229258349412352
2415 @end example
2417 @noindent
2418 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2420 @example
2421 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2422 @end example
2424 @noindent
2425 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2426 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2427 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2429 @example
2430 24178,51639,22925,83494,12352
2431 @end example
2433 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2434 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2435 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2437 @example
2438 24,17851,63922.9258349412352
2439 @end example
2441 @noindent
2442 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2443 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2445 @example
2446 24,17851,63922.92583,49412,352
2447 @end example
2449 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2450 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2452 @example
2453 24 17851 63922.92583 49412 352
2454 @end example
2456 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2457 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2458 restore the default precision.
2460 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2461 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2462 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2463 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2465 @example
2466 16#200000000000000000000
2467 @end example
2469 @noindent
2470 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2471 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2472 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2473 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2474 form:
2476 @example
2477 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2478 @end example
2480 @noindent
2481 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2482 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2483 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2484 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2485 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2486 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2488 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2489 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2490 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2491 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2492 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2494 @example
2495 2#101,1111,1110
2496 @end example
2498 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2499 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2500 other radix.
2502 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2504 @example
2505 1,534
2506 @end example
2508 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2509 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2510 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2511 to integers, fractions, and floats.
2513 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2514 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2515 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2516 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2517 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2518 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2519 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2520 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2521 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2523 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2524 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2525 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2526 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2527 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2528 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2529 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2530 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2532 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2533 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2534 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2535 the way they are actually computed.
2537 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2538 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2539 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2540 angle is measured in degrees.  For example,
2542 @smallexample
2543 @group
2544 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2545     .              .                    .                     .
2547     45             S                    2 ^                   c 1
2548 @end group
2549 @end smallexample
2551 @noindent
2552 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2553 of 45 degrees is 
2554 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2555 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2556 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2557 roundoff error because the representation of 
2558 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2559 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2560 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2561 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2562 re-rounds the number on the top of the stack.
2564 @cindex Roundoff errors, examples
2565 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2566 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2567 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2568 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2570 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2571 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2572 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2573 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2574 @kbd{p} sets the precision.)
2576 @smallexample
2577 @group
2578 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2579     .                   .                .
2581     P                   4 /       m r    S
2582 @end group
2583 @end smallexample
2585 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2586 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2588 @smallexample
2589 @group
2590 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2591     .                    .                    .
2593     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2594 @end group
2595 @end smallexample
2597 @noindent
2598 Here we compute the Inverse Sine of 
2599 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2600 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2601 first in radians, then in degrees.
2603 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2604 and vice-versa.
2606 @smallexample
2607 @group
2608 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2609     .              .                      .
2611     45             c r                    c d
2612 @end group
2613 @end smallexample
2615 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2616 dividing two integers produces a floating-point result if the
2617 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2618 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2619 number, instead.
2621 @smallexample
2622 @group
2623 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2624 1:  9              .                    .
2625     .
2627  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2628 @end group
2629 @end smallexample
2631 @noindent
2632 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2633 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2635 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2636 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2637 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2638 elements.)  Calculations involving fractions will always
2639 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2640 what to do when dividing two integers.
2642 @cindex Fractions vs. floats
2643 @cindex Floats vs. fractions
2644 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2645 why would you ever use floating-point numbers instead?
2646 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2648 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2649 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2650 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2651 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2652 recompute for you.
2654 @smallexample
2655 @group
2656 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2657     .                              .                      .
2659    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2660 @end group
2661 @end smallexample
2663 @noindent
2664 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2665 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2666 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2667 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2668 might affect their values.
2670 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2671 @section Arithmetic Tutorial
2673 @noindent
2674 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2675 available in the Calculator.
2677 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2678 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2679 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2680 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2682 @smallexample
2683 @group
2684 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2685     .              .              .              .              .
2687     5              &              &              n              n
2688 @end group
2689 @end smallexample
2691 @cindex Binary operators
2692 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2693 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2694 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2695 a negative prefix.
2697 @smallexample
2698 @group
2699 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2700 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2701 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2702     .                             .          1:  10             .
2703                                                  .
2705 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2706 @end group
2707 @end smallexample
2709 @cindex Unary operators
2710 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2711 stack entries with a numeric prefix, too.
2713 @smallexample
2714 @group
2715 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2716 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2717 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2718     .              .                      .
2720 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2721 @end group
2722 @end smallexample
2724 Notice that the results here are left in floating-point form.
2725 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2726 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2727 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2728 integer.
2730 @smallexample
2731 @group
2732 7:  2.         7:  2          7:  2
2733 6:  2.4        6:  2          6:  2
2734 5:  2.5        5:  2          5:  3
2735 4:  2.6        4:  2          4:  3
2736 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2737 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2738 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2739     .              .              .
2741                   M-7 F        U M-7 R
2742 @end group
2743 @end smallexample
2745 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2746 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2747 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2748 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2749 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2751 @smallexample
2752 @group
2753 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2754 1:  100            .          1:  100            .
2755     .                             .
2757 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2758 @end group
2759 @end smallexample
2761 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2763 @smallexample
2764 @group
2765 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2766 1:  1              .          1:  1              .
2767     .                             .
2769 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2770 @end group
2771 @end smallexample
2773 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2774 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2775 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2776 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2777 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2779 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2780 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2781 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2782 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2783 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2785 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2786 identity 
2787 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2788 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2789 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2790 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2792 @smallexample
2793 @group
2794 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2795 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2796     .              .              .              .
2798  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2799 @end group
2800 @end smallexample
2802 @noindent
2803 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2804 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2806 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2807 of squares, command.
2809 Another identity is 
2810 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2811 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2812 @smallexample
2813 @group
2815 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2816 1:  0.43837        .              .
2817     .
2819     U              /              I T
2820 @end group
2821 @end smallexample
2823 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2824 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2825 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2826 we move in the opposite direction, up and to the left:
2828 @smallexample
2829 @group
2830 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2831 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2832     .              .
2834     U U            M-2 n          /              I T
2835 @end group
2836 @end smallexample
2838 @noindent
2839 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2840 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2841 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2842 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2843 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2844 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2845 to give you a full 360-degree answer.
2847 @smallexample
2848 @group
2849 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2850 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2851     .                         1:  0.43837        .
2852                                   .
2854     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2855 @end group
2856 @end smallexample
2858 @noindent
2859 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2860 point in opposite directions, just as we would expect.
2862 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2863 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2864 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2865 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2866 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2867 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2868 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2869 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2871 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2872 except that it is the @emph{difference}
2873 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2874 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
2875 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2877 @smallexample
2878 @group
2879 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2880 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2881     .              .              .              .              .
2883  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2884 @end group
2885 @end smallexample
2887 @noindent
2888 @cindex Roundoff errors, examples
2889 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2890 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2891 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2892 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2893 error.
2895 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2896 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2897 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2898 0.99999, reasonably close to 1.
2900 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2901 a more reasonable value for @expr{x}!
2903 @cindex Common logarithm
2904 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2905 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2906 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2907 prefix.
2909 @smallexample
2910 @group
2911 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2912     .              .              .              .
2914     1000           L              U              H L
2915 @end group
2916 @end smallexample
2918 @noindent
2919 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2920 and compute a common logarithm instead.
2922 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2923 value of @var{b}.
2925 @smallexample
2926 @group
2927 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2928 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2929     .                                            .
2931  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2932 @end group
2933 @end smallexample
2935 @noindent
2936 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2937 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2938 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2939 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2940 onto the stack.
2942 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2943 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2944 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2945 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2946 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2947 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2948 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2949 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2950 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2951 probably wanted was @samp{1e1000}.
2953 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2954 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2955 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2957 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2958 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2959 which computes the product of all the integers up to a given number.
2961 @smallexample
2962 @group
2963 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2964     .              .                     .              .
2966     100            !                     U c f          !
2967 @end group
2968 @end smallexample
2970 @noindent
2971 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2972 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2973 of a floating-point number, you get a floating-point result
2974 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2975 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2976 in this case).
2978 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2979 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2980 @texline @math{\Gamma(n)}
2981 @infoline @expr{gamma(n)}
2982 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2984 @smallexample
2985 @group
2986 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2987 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2988 1:  5.         1:  120.
2989     .              .
2991                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2992 @end group
2993 @end smallexample
2995 @noindent
2996 Here we verify the identity 
2997 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2998 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3000 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
3001 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
3002 is defined by
3003 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
3004 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
3005 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
3006 formula can become quite large even if the final result is small; the
3007 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
3008 large intermediate values.
3010 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3011 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3012 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3014 @smallexample
3015 @group
3016 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3017 1:  20             .              .
3018     .
3020  30 @key{RET} 20         k c            k f
3021 @end group
3022 @end smallexample
3024 @noindent
3025 You can verify these prime factors by using @kbd{V R *} to multiply
3026 together the elements of this vector.  The result is the original
3027 number, 30045015.
3029 @cindex Hash tables
3030 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3031 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3032 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3034 @smallexample
3035 @group
3036 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3037     .              .              .
3039     10000          k n            I k n
3040 @end group
3041 @end smallexample
3043 @noindent
3044 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3045 10000.
3047 @c [fix-ref Financial Functions]
3048 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3049 commands that deal with business and financial calculations (functions
3050 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3052 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3053 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3054 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3056 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3057 @section Vector/Matrix Tutorial
3059 @noindent
3060 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3061 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3062 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3063 a vector as a list of objects.
3065 @menu
3066 * Vector Analysis Tutorial::
3067 * Matrix Tutorial::
3068 * List Tutorial::
3069 @end menu
3071 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3072 @subsection Vector Analysis
3074 @noindent
3075 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3076 elements, taken pairwise.
3078 @smallexample
3079 @group
3080 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3081     .             1:  [7, 6, 0]         .
3082                       .
3084     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3085 @end group
3086 @end smallexample
3088 @noindent
3089 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3090 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3091 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3092 vectors so we can easily reuse them later.
3094 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3095 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3096 of the vectors.
3098 @smallexample
3099 @group
3100 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3101 1:  [7, 6, 0]         .
3102     .
3104     r 1 r 2           *
3105 @end group
3106 @end smallexample
3108 @cindex Dot product
3109 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3110 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3111 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3112 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3113 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3114 vector.
3116 @smallexample
3117 @group
3118 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3119 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3120 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3121     .                 .
3123     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3124 @end group
3125 @end smallexample
3127 @noindent
3128 First we recall the arguments to the dot product command, then
3129 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3130 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3131 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3132 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3133 is about 56 degrees.
3135 @cindex Cross product
3136 @cindex Perpendicular vectors
3137 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3138 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3139 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3140 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3141 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3142 our computation of the angle using the cross product.
3144 @smallexample
3145 @group
3146 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3147 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3148     .          1:  [7, 6, 0]
3149                    .
3151     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3152 @end group
3153 @end smallexample
3155 @noindent
3156 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3157 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3158 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3159 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3161 @c [fix-ref General Mode Commands]
3162 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3163 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3164 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3165 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3166 prefix keys have this property.)
3168 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3169 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3170 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3172 @smallexample
3173 @group
3174 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3175 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3176     .                                 .
3178     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3179 @end group
3180 @end smallexample
3182 @cindex Normalizing a vector
3183 @cindex Unit vectors
3184 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3185 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3186 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3187 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3189 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3190 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3191 those positions in the form of a vector, and another list of the
3192 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3193 Find the average position of the particle.
3194 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3196 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3197 @subsection Matrices
3199 @noindent
3200 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3201 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3202 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3203 both methods here:
3205 @smallexample
3206 @group
3207 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3208       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3209     .                             .
3211   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3212 @end group
3213 @end smallexample
3215 @noindent
3216 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3218 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3219 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3220 the second example.
3222 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3223 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3224 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3225 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3226 of the right matrix.
3228 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3229 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3231 @smallexample
3232 @group
3233 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3234       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3235     .
3237     @key{RET} *
3238 @end group
3239 @end smallexample
3241 @noindent
3242 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3243 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3244 been left in symbolic form.
3246 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3248 @smallexample
3249 @group
3250 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3251       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3252 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3253       [ 2, 5 ]                                    .
3254       [ 3, 6 ] ]
3255     .
3257     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3258 @end group
3259 @end smallexample
3261 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3262 order of the operands can even change the dimensions of the result
3263 matrix, as happened here!
3265 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3266 single row or column depending on which side of the matrix it is
3267 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3268 as a row or column as appropriate.
3270 @smallexample
3271 @group
3272 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3273       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3274 1:  [1, 2, 3]
3275     .
3277     r 4 r 1                *
3278 @end group
3279 @end smallexample
3281 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3282 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3283 vector.
3285 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3286 of the above 
3287 @texline @math{2\times3}
3288 @infoline 2x3 
3289 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3290 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3291 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3293 @cindex Identity matrix
3294 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3295 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3296 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3297 the original matrix.
3299 @smallexample
3300 @group
3301 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3302       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3303     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3304                              [ 0, 1, 0 ]
3305                              [ 0, 0, 1 ] ]
3306                            .
3308     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3309 @end group
3310 @end smallexample
3312 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3313 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3314 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3315 inverse of a matrix.
3317 @smallexample
3318 @group
3319 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3320       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3321       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3322     .                      .
3324     r 4 r 2 |  s 5         &
3325 @end group
3326 @end smallexample
3328 @noindent
3329 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3330 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3331 our matrix to make it square.
3333 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3335 @smallexample
3336 @group
3337 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3338       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3339       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3340     .                         .
3342     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3343 @end group
3344 @end smallexample
3346 @cindex Systems of linear equations
3347 @cindex Linear equations, systems of
3348 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3349 Suppose we had the following set of equations:
3351 @ifnottex
3352 @group
3353 @example
3354     a + 2b + 3c = 6
3355    4a + 5b + 6c = 2
3356    7a + 6b      = 3
3357 @end example
3358 @end group
3359 @end ifnottex
3360 @tex
3361 \turnoffactive
3362 \beforedisplayh
3363 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3364 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3365    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3366    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3367    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3368   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3369  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3370  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3372 \afterdisplayh
3373 @end tex
3375 @noindent
3376 This can be cast into the matrix equation,
3378 @ifnottex
3379 @group
3380 @example
3381    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3382      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3383      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3384 @end example
3385 @end group
3386 @end ifnottex
3387 @tex
3388 \turnoffactive
3389 \beforedisplay
3390 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3391    \times
3392    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3394 \afterdisplay
3395 @end tex
3397 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3398 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3400 @smallexample
3401 @group
3402 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3403 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3404       [ 4, 5, 6 ]
3405       [ 7, 6, 0 ] ]
3406     .
3408     [6,2,3] r 5            /
3409 @end group
3410 @end smallexample
3412 @noindent
3413 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3414 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3415 inverse.)
3417 Let's verify this solution:
3419 @smallexample
3420 @group
3421 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3422       [ 4, 5, 6 ]                    .
3423       [ 7, 6, 0 ] ]
3424 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3425     .
3427     r 5  @key{TAB}                         *
3428 @end group
3429 @end smallexample
3431 @noindent
3432 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3433 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3434 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3435 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3436 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3437 vectors, use explicit 
3438 @texline @math{N\times1}
3439 @infoline Nx1
3441 @texline @math{1\times N}
3442 @infoline 1xN
3443 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3444 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3446 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3447 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3448 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3449 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3451 @ifnottex
3452 @group
3453 @example
3454    x + a y = 6
3455    x + b y = 10
3456 @end example
3457 @end group
3458 @end ifnottex
3459 @tex
3460 \turnoffactive
3461 \beforedisplay
3462 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3463              x &+ b y = 10}
3465 \afterdisplay
3466 @end tex
3468 @noindent
3469 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3471 @cindex Least-squares for over-determined systems
3472 @cindex Over-determined systems of equations
3473 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3474 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3475 there are no values for the variables that will satisfy all the
3476 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3477 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3478 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3479 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3480 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3481 on the left by the transpose of @expr{A}:
3482 @ifnottex
3483 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3484 @end ifnottex
3485 @tex
3486 \turnoffactive
3487 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3488 @end tex
3489 Now 
3490 @texline @math{A^T A}
3491 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3492 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3493 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3494 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3495 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3496 system:
3498 @ifnottex
3499 @group
3500 @example
3501     a + 2b + 3c = 6
3502    4a + 5b + 6c = 2
3503    7a + 6b      = 3
3504    2a + 4b + 6c = 11
3505 @end example
3506 @end group
3507 @end ifnottex
3508 @tex
3509 \turnoffactive
3510 \beforedisplayh
3511 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3512 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3513    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3514    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3515    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3516   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3517  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3518  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3519  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3521 \afterdisplayh
3522 @end tex
3524 @noindent
3525 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3527 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3528 @subsection Vectors as Lists
3530 @noindent
3531 @cindex Lists
3532 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3533 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3534 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3535 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3536 number.
3538 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3540 @smallexample
3541 @group
3542 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3543 2:  20             .                2:  20
3544 1:  30                              1:  30
3545     .                                   .
3547                    M-3 v p              v u
3548 @end group
3549 @end smallexample
3551 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3552 of many copies of a given value:
3554 @smallexample
3555 @group
3556 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3557     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3558                         .                   .
3560     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3561 @end group
3562 @end smallexample
3564 You can apply an operator to every element of a vector using the
3565 @dfn{map} command.
3567 @smallexample
3568 @group
3569 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3570     .                      .                            .
3572     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3573 @end group
3574 @end smallexample
3576 @noindent
3577 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3578 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3579 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3580 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3581 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3582 of each element.
3584 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3585 from 
3586 @texline @math{2^{-4}}
3587 @infoline @expr{2^-4} 
3588 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3590 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3591 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3592 elements in the vector:
3594 @smallexample
3595 @group
3596 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3597     .              .                           .
3599     123123         k f                         V R *
3600 @end group
3601 @end smallexample
3603 @noindent
3604 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3605 multiply those factors together again to yield the original number.
3607 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3608 reduction:
3610 @smallexample
3611 @group
3612 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3613 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3614     .
3616     r 1 r 2           V M *              V R +
3617 @end group
3618 @end smallexample
3620 @noindent
3621 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3622 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3623 for the dot product as before.
3625 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3626 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3627 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3629 @smallexample
3630 @group
3631 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3632     .                         .
3634     v x 6 @key{RET}                 V U *
3635 @end group
3636 @end smallexample
3638 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3639 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3640 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3641 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3642 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3643 vector size).
3645 @smallexample
3646 @group
3647 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3648     .                         .
3650     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3651 @end group
3652 @end smallexample
3654 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3655 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3656 ``abbreviated'' like this:
3658 @smallexample
3659 @group
3660 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3661     .                         .
3663     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3664 @end group
3665 @end smallexample
3667 @noindent
3668 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3669 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3670 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3671 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3672 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3673 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3674 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3676 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3677 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3678 with the full, unabbreviated value.
3680 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3681 @cindex Fitting data to a line
3682 @cindex Line, fitting data to
3683 @cindex Data, extracting from buffers
3684 @cindex Columns of data, extracting
3685 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3686 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3687 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3688 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3689 of values in a file we have loaded into Emacs:
3691 @smallexample
3692   x        y
3693  ---      ---
3694  1.34    0.234
3695  1.41    0.298
3696  1.49    0.402
3697  1.56    0.412
3698  1.64    0.466
3699  1.73    0.473
3700  1.82    0.601
3701  1.91    0.519
3702  2.01    0.603
3703  2.11    0.637
3704  2.22    0.645
3705  2.33    0.705
3706  2.45    0.917
3707  2.58    1.009
3708  2.71    0.971
3709  2.85    1.062
3710  3.00    1.148
3711  3.15    1.157
3712  3.32    1.354
3713 @end smallexample
3715 @noindent
3716 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3717 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3718 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3719 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3721 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3722 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3723 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3724 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3725 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3726 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3727 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3728 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3730 @smallexample
3731 @group
3732 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3733       [ 1.41, 0.298 ]
3734       @dots{}
3735 @end group
3736 @end smallexample
3738 @noindent
3739 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3740 large matrix.)
3742 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3743 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3744 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3745 of row vectors on the stack.
3747 @smallexample
3748 @group
3749 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3750       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3751     .                                      .
3753     v t                                    v u
3754 @end group
3755 @end smallexample
3757 @noindent
3758 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3760 @smallexample
3761 @group
3762 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3763     .
3765     t 2                             t 1
3766 @end group
3767 @end smallexample
3769 @noindent
3770 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3771 stored value from the stack.)
3773 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3775 @ifnottex
3776 @example
3777 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3778 @end example
3779 @end ifnottex
3780 @tex
3781 \turnoffactive
3782 \beforedisplay
3783 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3784         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3785 \afterdisplay
3786 @end tex
3788 @noindent
3789 where 
3790 @texline @math{\sum x}
3791 @infoline @expr{sum(x)} 
3792 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3793 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3794 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3795 this formula uses.
3797 @smallexample
3798 @group
3799 1:  41.63                 1:  98.0003
3800     .                         .
3802  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3804 @end group
3805 @end smallexample
3806 @noindent
3807 @smallexample
3808 @group
3809 1:  13.613                1:  33.36554
3810     .                         .
3812  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3813 @end group
3814 @end smallexample
3816 @ifnottex
3817 @noindent
3818 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3819 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3820 @samp{sum(x y)}.)
3821 @end ifnottex
3822 @tex
3823 \turnoffactive
3824 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3825 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3826 $\sum x y$.)
3827 @end tex
3829 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3830 the length of either of our lists.
3832 @smallexample
3833 @group
3834 1:  19
3835     .
3837  r 1 v l   t 7
3838 @end group
3839 @end smallexample
3841 @noindent
3842 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3844 Now we grind through the formula:
3846 @smallexample
3847 @group
3848 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3849     .          1:  566.70919      .
3850                    .
3852  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3854 @end group
3855 @end smallexample
3856 @noindent
3857 @smallexample
3858 @group
3859 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3860 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3861     .          1:  1733.0569      .
3862                    .
3864  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3865 @end group
3866 @end smallexample
3868 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3869 be found with the simple formula,
3871 @ifnottex
3872 @example
3873 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3874 @end example
3875 @end ifnottex
3876 @tex
3877 \turnoffactive
3878 \beforedisplay
3879 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3880 \afterdisplay
3881 \vskip10pt
3882 @end tex
3884 @smallexample
3885 @group
3886 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3887     .          1:  21.70658       .              .
3888                    .
3890    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3891 @end group
3892 @end smallexample
3894 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
3895 @texline @math{y \approx m x + b},
3896 @infoline @expr{m x + b}, 
3897 and compare it with the original data.
3899 @smallexample
3900 @group
3901 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3902     .                           .
3904     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3905 @end group
3906 @end smallexample
3908 @noindent
3909 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3910 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3911 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3912 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3914 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3915 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3917 @smallexample
3918 @group
3919 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3920     .                            .                            .
3922     r 2 -                        V M A                        V R X
3923 @end group
3924 @end smallexample
3926 @noindent
3927 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3928 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3929 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3930 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3931 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3932 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3933 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3934 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3935 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3937 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3938 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3939 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3940 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3941 may require additional steps to view the graphs.)
3943 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3944 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3945 command does everything you need to do for simple, straightforward
3946 plotting of data.
3948 @smallexample
3949 @group
3950 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3951 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3952     .
3954     r 1 r 2    g f
3955 @end group
3956 @end smallexample
3958 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3959 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3960 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3961 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3962 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3963 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3965 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3966 @ifinfo
3967 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3968 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3969 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3970 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
3971 @end ifinfo
3973 @smallexample
3974 @group
3975 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3976 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3977     .
3979     @key{DEL} r 0    g a  g p
3980 @end group
3981 @end smallexample
3983 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3984 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3985 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3987 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3988 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3989 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3990 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3991 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3992 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3994 @cindex Geometric mean
3995 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3996 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3997 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3998 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3999 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4000 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4002 @example
4003 2.3  6  22  15.1  7
4004   15  14  7.5
4005   2.5
4006 @end example
4008 @noindent
4009 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4010 with or without surrounding vector brackets.
4011 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4013 @ifnottex
4014 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4015 us that the alternating sum of binomial coefficients
4016 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4017 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4018 always comes out to zero.  Let's verify this
4019 for @expr{n=6}.
4020 @end ifnottex
4021 @tex
4022 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4023 us that the alternating sum of binomial coefficients
4024 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4025 always comes out to zero.  Let's verify this
4026 for \cite{n=6}.
4027 @end tex
4029 @smallexample
4030 @group
4031 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4032     .                             .
4034     v x 7 @key{RET}                     1 -
4036 @end group
4037 @end smallexample
4038 @noindent
4039 @smallexample
4040 @group
4041 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4042     .                                        .
4044     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4045 @end group
4046 @end smallexample
4048 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4049 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4050 inside this expression represents the argument to the function.
4051 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4052 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4054 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4055 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4056 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4057 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4058 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4059 would act exactly like @kbd{-}.
4061 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4062 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4063 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4064 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4065 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4066 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4067 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4068 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4069 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4070 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4071 property that a nameless function is not actually evaluated until
4072 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4073 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4074 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4075 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4077 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4078 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4079 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4080 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4082 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4083 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4084 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4085 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4086 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4087 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4089 @cindex Divisor functions
4090 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4091 @tex
4092 $\sigma_k(n)$
4093 @end tex
4094 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4095 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4096 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4097 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4098 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4100 @cindex Square-free numbers
4101 @cindex Duplicate values in a list
4102 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4103 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4104 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4105 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4106 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4107 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4108 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4110 @cindex Triangular lists
4111 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4112 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4113 command to enable multi-line display of vectors.)
4115 @smallexample
4116 @group
4117 1:  [ [1],
4118       [1, 2],
4119       [1, 2, 3],
4120       [1, 2, 3, 4],
4121       [1, 2, 3, 4, 5],
4122       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4123 @end group
4124 @end smallexample
4126 @noindent
4127 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4129 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4131 @smallexample
4132 @group
4133 1:  [ [0],
4134       [1, 2],
4135       [3, 4, 5],
4136       [6, 7, 8, 9],
4137       [10, 11, 12, 13, 14],
4138       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4139 @end group
4140 @end smallexample
4142 @noindent
4143 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4145 @cindex Maximizing a function over a list of values
4146 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4147 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4148 @texline @math{J_1(x)}
4149 @infoline @expr{J1} 
4150 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4151 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4152 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4153 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4154 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4155 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4156 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4158 @cindex Digits, vectors of
4159 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4160 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4161 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4162 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4163 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4164 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4165 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4166 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4167 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4168 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4170 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4171 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4172 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4174 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4175 is @cpi{}.  The area of the 
4176 @texline @math{2\times2}
4177 @infoline 2x2
4178 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4179 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4180 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4181 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4182 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4183 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4184 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4185 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4186 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4187 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4189 @cindex Matchstick problem
4190 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4191 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4192 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4193 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4194 a line turns out to be 
4195 @texline @math{2/\pi}.
4196 @infoline @expr{2/pi}.  
4197 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4198 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4199 one turns out to be 
4200 @texline @math{6/\pi^2}.
4201 @infoline @expr{6/pi^2}.
4202 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4203 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4205 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4206 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4207 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4208 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4209 which is just an integer that represents the value of that string.
4210 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4211 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4212 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4213 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4214 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4215 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4216 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4217 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4218 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4219 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4220 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4221 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4222 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4224 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4225 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4226 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4227 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4228 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4229 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4230 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4231 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4232 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4233 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4234 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4235 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4237 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4238 @section Types Tutorial
4240 @noindent
4241 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4242 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4244 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4245 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4246 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4247 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4248 which can exactly represent any rational number.
4250 @smallexample
4251 @group
4252 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4253     .          1:  49             .              .              .
4254                    .
4256     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4257 @end group
4258 @end smallexample
4260 @noindent
4261 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4262 would normally divide integers to get a floating-point result.
4263 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4264 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4265 fraction beginning with 49.
4267 You can convert between floating-point and fractional format using
4268 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4270 @smallexample
4271 @group
4272 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4273     .                       .
4275     c f                     c F
4276 @end group
4277 @end smallexample
4279 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4280 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4281 same, to within the current precision.
4283 @smallexample
4284 @group
4285 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4286     .                   .                    .            .
4288     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4289 @end group
4290 @end smallexample
4292 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4293 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4294 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4295 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4297 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4299 @smallexample
4300 @group
4301 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4302     .          .             .              .              .
4304     9 n        Q             c p            2 *            Q
4305 @end group
4306 @end smallexample
4308 @noindent
4309 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4310 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4311 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4312 operations are defined on both types of complex numbers.
4314 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4315 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4316 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4317 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4318 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4319 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4320 algebraic entry.
4322 @smallexample
4323 @group
4324 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4325 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4326     .              .              .              .
4328 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4329 @end group
4330 @end smallexample
4332 @noindent
4333 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4334 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4335 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4336 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4337 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4338 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4339 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4340 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4341 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4342 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4343 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4344 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4345 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4347 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4348 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4349 to turn on Infinite mode.
4351 @smallexample
4352 @group
4353 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4354 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4355 1:  0              .              .              .
4356     .
4358   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4359 @end group
4360 @end smallexample
4362 @noindent
4363 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4364 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4365 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4366 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4367 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4368 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4369 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4370 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4371 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4372 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4373 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4374 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4375 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4376 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4377 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4378 that matter, with anything else.
4380 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4381 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4382 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4383 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4384 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4386 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4387 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4388 a complex number?  Can it stand for infinity?
4389 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4391 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4392 seconds.
4394 @smallexample
4395 @group
4396 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4397     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4398                                         .
4400   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4401 @end group
4402 @end smallexample
4404 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4405 seconds.
4407 @smallexample
4408 @group
4409 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4410     .              .              .                     .
4412     0.5            I T            c h                   S
4413 @end group
4414 @end smallexample
4416 @noindent
4417 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4418 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4419 functions will accept HMS forms directly as input.
4421 @cindex Beatles
4422 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4423 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4424 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4425 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4426 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4428 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4429 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4430 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4432 @smallexample
4433 @group
4434 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4435 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4436     .
4438 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4439 @end group
4440 @end smallexample
4442 @noindent
4443 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4444 number of days between them.  It is also possible to add an
4445 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4446 date form.
4448 @smallexample
4449 @group
4450 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4451     .                                    .
4453     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4454 @end group
4455 @end smallexample
4457 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4458 @noindent
4459 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4460 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4461 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4462 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4463 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4464 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4466 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4467 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4469 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4470 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4472 @cindex Slope and angle of a line
4473 @cindex Angle and slope of a line
4474 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4475 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4476 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4477 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4478 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4479 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4481 @smallexample
4482 @group
4483 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4484     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4485                      .
4487     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4488 @end group
4489 @end smallexample
4491 @noindent
4492 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4493 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4494 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4496 @cindex Torus, volume of
4497 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4498 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4499 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4500 where @expr{R} is the radius of the circle that
4501 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4502 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4503 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4504 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4506 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4507 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4508 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4509 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4510 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4512 @smallexample
4513 @group
4514 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4515     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4516                       .
4518   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4519 @end group
4520 @end smallexample
4522 @noindent
4523 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4524 is sure to lie in the range shown.
4526 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4527 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4528 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4529 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4530 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4531 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4532 the other.
4534 @smallexample
4535 @group
4536 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4537     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4538                                       .
4540   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4541 @end group
4542 @end smallexample
4544 @noindent
4545 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4546 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4547 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4548 or both endpoints.
4550 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4551 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4552 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4553 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4554 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4556 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4557 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4558 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4559 If not, which of these will result in a larger interval?
4560 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4562 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4563 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4564 or 24 hours.
4566 @smallexample
4567 @group
4568 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4569     .                .                .                .
4571     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4572 @end group
4573 @end smallexample
4575 @noindent
4576 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4577 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4578 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4579 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4580 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4582 @smallexample
4583 @group
4584 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4585     .                .                .                .
4587     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4588 @end group
4589 @end smallexample
4591 @noindent
4592 These two calculations get the same answer, but the first one is
4593 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4594 that arises in the second one.
4596 @cindex Fermat, primality test of
4597 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4598 says that 
4599 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4600 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4601 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4602 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4603 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4604 informally if a number is prime by trying this formula for several
4605 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4606 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4608 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4609 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4610 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4611 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4613 @smallexample
4614 @group
4615 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4616     .                                 .
4618     x time @key{RET}                        n
4619 @end group
4620 @end smallexample
4622 @noindent
4623 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4625 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4626 is about 
4627 @texline @math{\pi \times 10^7}
4628 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4629 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4630 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4632 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4633 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4634 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4635 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4636 of music.  Should you order single or double packages?
4637 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4639 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4640 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4641 application of algebraic expressions, where we use variables with
4642 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4643 like centimeters and inches.
4645 @smallexample
4646 @group
4647 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4648     .               .                .                   .
4650     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4651 @end group
4652 @end smallexample
4654 @noindent
4655 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4656 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4657 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4658 which in this case means meters.
4660 @smallexample
4661 @group
4662 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4663     .              .                  .              .
4665  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4667 @end group
4668 @end smallexample
4669 @noindent
4670 @smallexample
4671 @group
4672 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4673     .                .                     .
4675     u s              2 ^                   u c cgs
4676 @end group
4677 @end smallexample
4679 @noindent
4680 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4681 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4682 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4683 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4684 being interpreted as unit names.
4686 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4687 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4688 as its standard unit of length.
4690 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4692 @smallexample
4693 @group
4694 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4695     .              .                  .                     .
4697  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4698 @end group
4699 @end smallexample
4701 @noindent
4702 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4703 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4704 finally in terms of fractions of the speed of light.
4706 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4707 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4708 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4709 units there is no difference, but temperature units have an offset
4710 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4711 for them.
4713 @smallexample
4714 @group
4715 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4716     .                 .                    .                 .
4718   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4719 @end group
4720 @end smallexample
4722 @noindent
4723 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4724 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4725 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4726 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4727 for easier comparison with the other result.
4729 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4730 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4731 When you use this method, you're responsible for remembering which
4732 numbers are in which units:
4734 @smallexample
4735 @group
4736 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4737     .              .                        .
4739     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4740 @end group
4741 @end smallexample
4743 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4744 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4745 at the units table.
4747 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4748 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4750 @cindex Speed of light
4751 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4752 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4753 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4754 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4755 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4757 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4758 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4759 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4760 swallow and still travel legally on most US highways?
4761 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4763 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4764 @section Algebra and Calculus Tutorial
4766 @noindent
4767 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4768 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4769 formulas.
4771 @menu
4772 * Basic Algebra Tutorial::
4773 * Rewrites Tutorial::
4774 @end menu
4776 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4777 @subsection Basic Algebra
4779 @noindent
4780 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4781 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4782 formulas as regular data objects.
4784 @smallexample
4785 @group
4786 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4787     .                   .                   .
4789     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4790 @end group
4791 @end smallexample
4793 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4794 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4795 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4797 There are also commands for doing common algebraic operations on
4798 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4800 @smallexample
4801 @group
4802 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4803     .                                     .
4805     a x                                   a c x @key{RET}
4806 @end group
4807 @end smallexample
4809 @noindent
4810 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4811 terms involving like powers of @expr{x}.
4813 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4814 is one-half.
4816 @smallexample
4817 @group
4818 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4819     .                           .
4821     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4822 @end group
4823 @end smallexample
4825 @noindent
4826 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4827 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4828 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4829 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4830 back to its original value, if any.
4832 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4833 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4834 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4835 properly.)
4837 @cindex Maximum of a function using Calculus
4838 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4839 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4840 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4841 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4842 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4843 the function has a local maximum there.
4845 @smallexample
4846 @group
4847 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4848     .                           .
4850     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4851 @end group
4852 @end smallexample
4854 @noindent
4855 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4856 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4858 @smallexample
4859 @group
4860 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
4861     .                          .                            .
4863     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
4865 @end group
4866 @end smallexample
4867 @noindent
4868 @smallexample
4869 @group
4870 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
4871     .                          .
4873     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4874 @end group
4875 @end smallexample
4877 @noindent
4878 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
4879 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
4880 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
4882 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4884 @smallexample
4885 @group
4886 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4887     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4888                        .                   .
4890     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4891 @end group
4892 @end smallexample
4894 @noindent
4895 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4896 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4897 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4898 to delete the @samp{x}.)
4900 @smallexample
4901 @group
4902 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4903 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4904     .                                  .
4906     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4907 @end group
4908 @end smallexample
4910 @noindent
4911 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4912 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4913 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4915 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4916 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
4917 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4918 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4919 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4920 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4921 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4923 @smallexample
4924 @group
4925 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4926     .                      .                       .
4928     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4929 @end group
4930 @end smallexample
4932 @noindent
4933 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4934 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4935 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4936 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4937 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4939 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4940 into the original formula.
4942 @smallexample
4943 @group
4944 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4945 1:  x = 1.19023 s1            .
4946     .
4948     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4949 @end group
4950 @end smallexample
4952 @noindent
4953 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4954 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4955 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4957 It's clear that this will have the same value for either sign of
4958 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4960 @smallexample
4961 @group
4962 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4963 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4964     .
4966   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4967 @end group
4968 @end smallexample
4970 @noindent
4971 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4972 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4973 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4974 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4975 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4976 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4977 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4978 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4979 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4980 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4982 If there had been several different values, we could have used
4983 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4985 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4986 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4987 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4988 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4989 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4990 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4991 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4992 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4994 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4995 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4996 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4997 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4998 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4999 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5001 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
5002 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5003 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5004 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5006 @smallexample
5007 @group
5008 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5009 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5010     .                        .
5012     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5013 @end group
5014 @end smallexample
5016 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
5018 @smallexample
5019 @group
5020                3
5021 2:  34 x - 24 x
5023       ____   ____
5024      V 51   V 51
5025 1:  [-----, -----, 0]
5026        6     -6
5028     .
5030     d B
5031 @end group
5032 @end smallexample
5034 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5035 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5036 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5037 and La@TeX{} mode.
5039 @smallexample
5040 @group
5041 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5042 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5043     .                                     .
5045     d C                                   d F
5047 @end group
5048 @end smallexample
5049 @noindent
5050 @smallexample
5051 @group
5052 3:  34 x - 24 x^3
5053 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5054 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5055     .
5057     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5058 @end group
5059 @end smallexample
5061 @noindent
5062 As you can see, language modes affect both entry and display of
5063 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5064 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5065 and notations for vectors and matrices.
5067 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5068 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5069 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5070 produced by the various language modes to make sure they are fully
5071 correct.
5073 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5074 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5075 are shown in normal mode.)
5077 @cindex Area under a curve
5078 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5079 This is simply the integral of the function:
5081 @smallexample
5082 @group
5083 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5084     .                          .
5086     r 1                        a i x
5087 @end group
5088 @end smallexample
5090 @noindent
5091 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5092 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5094 @smallexample
5095 @group
5096 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5097 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5099    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5100 @end group
5101 @end smallexample
5103 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5104 of 
5105 @texline @math{x \sin \pi x}
5106 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5107 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5108 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5109 3}. (@bullet{})
5111 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5112 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5113 under the curve 
5114 @texline @math{\sin x \ln x}
5115 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5116 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5117 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5118 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5119 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5121 @cindex Integration, numerical
5122 @cindex Numerical integration
5123 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5124 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5125 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5126 We can save some time by reducing the working precision.
5128 @smallexample
5129 @group
5130 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5131 2:  1                       .
5132 1:  0.1
5133     .
5135  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5136 @end group
5137 @end smallexample
5139 @noindent
5140 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5141 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5143 @smallexample
5144 @group
5145 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5146 1:  sin(x) ln(x)                    .
5147     .
5149     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5151 @end group
5152 @end smallexample
5153 @noindent
5154 @smallexample
5155 @group
5156 1:  3.4195     0.34195
5157     .          .
5159     V R +      0.1 *
5160 @end group
5161 @end smallexample
5163 @noindent
5164 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5165 to Radians mode?)
5167 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5168 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5169 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5170 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5171 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5172 is the same for every box.)
5174 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5175 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5177 @smallexample
5178 @group
5179 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5180     .                   .
5182     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5183 @end group
5184 @end smallexample
5186 @noindent
5187 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5188 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5189 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5191 @smallexample
5192 @group
5193 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5194     .                        .                            .
5196     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5197 @end group
5198 @end smallexample
5200 @noindent
5201 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5202 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5203 (Taylor series converge better away from singularities in the
5204 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5205 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5206 of @expr{x=1}.)
5208 @cindex Simpson's rule
5209 @cindex Integration by Simpson's rule
5210 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5211 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5212 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5213 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5214 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5215 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5216 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5217 down to the formula,
5219 @ifnottex
5220 @example
5221 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5222               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5223 @end example
5224 @end ifnottex
5225 @tex
5226 \turnoffactive
5227 \beforedisplay
5228 $$ \displaylines{
5229       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5230    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5231 } $$
5232 \afterdisplay
5233 @end tex
5235 @noindent
5236 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5237 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5238 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5239 method:
5241 @ifnottex
5242 @example
5243 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5244           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5245 @end example
5246 @end ifnottex
5247 @tex
5248 \turnoffactive
5249 \beforedisplay
5250 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5251            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5252 \afterdisplay
5253 @end tex
5255 Compute the integral from 1 to 2 of 
5256 @texline @math{\sin x \ln x}
5257 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5258 using Simpson's rule with 10 slices.  
5259 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5261 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5262 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5263 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5264 result until the current precision is satisfied.
5266 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5267 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5268 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5269 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5270 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5271 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5272 details and examples.
5274 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5275 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5277 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5278 @subsection Rewrite Rules
5280 @noindent
5281 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5282 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5283 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5284 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5286 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5288 @smallexample
5289 @group
5290 1:  2 / cos(x)^2 - 2 tan(x)^2
5291     .
5293     ' 2/cos(x)^2 - 2tan(x)^2 @key{RET}   s 1
5294 @end group
5295 @end smallexample
5297 @noindent
5298 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5299 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5300 denominator.  The @kbd{I a s} command will do the former and the @kbd{a n}
5301 algebra command will do the latter, but we'll do both with rewrite
5302 rules just for practice.
5304 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5306 @smallexample
5307 @group
5308 1:  2 / cos(x)^2 - 2 sin(x)^2 / cos(x)^2
5309     .
5311     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5312 @end group
5313 @end smallexample
5315 @noindent
5316 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5317 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5318 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5319 it as a rewrite rule.)
5321 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5322 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5323 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5324 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5325 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5326 the actual variable @samp{x}.
5328 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5329 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5330 substituted with the things they matched.  So the result is
5331 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5332 mix this in with the rest of the original formula.
5334 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5336 @smallexample
5337 @group
5338 1:  (2 - 2 sin(x)^2) / cos(x)^2
5339     .
5341     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5342 @end group
5343 @end smallexample
5345 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5346 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5347 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5348 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5349 denominators.
5351 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5352 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5353 the subformula @samp{cos(x)^2}; Calc never confuses the two meanings of
5354 @samp{x}.
5356 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5357 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5358 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5359 @samp{a = 2}, @samp{b = -2 sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)^2}.
5361 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5362 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5363 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5364 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5365 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5366 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5368 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5369 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5370 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5371 would be @samp{@w{2 - 2 sin(x)^2} := 2 cos(x)^2}, but a little thought shows
5372 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5373 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5374 situations, too.
5376 @smallexample
5377 @group
5378 1:  (2 + 2 cos(x)^2 - 2) / cos(x)^2           1:  2
5379     .                                            .
5381     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5382 @end group
5383 @end smallexample
5385 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5386 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5387 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5388 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5389 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5390 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5391 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5392 having to retype it.
5394 @smallexample
5395 @group
5396 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5397 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5398 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5400 1:  2 / cos(x)^2 - 2 tan(x)^2      1:  2
5401     .                                  .
5403     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5404 @end group
5405 @end smallexample
5407 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5408 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5409 the edited value back into the variable. 
5410 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5412 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5413 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5414 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5415 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5416 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5417 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5418 another good reason to store your rules in variables rather than
5419 entering them on the fly.
5421 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5422 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5423 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5424 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5425 to be expanded by the distributive law; do this with another
5426 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5428 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5429 a variable containing a vector of rules.
5431 @smallexample
5432 @group
5433 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5434     .                                 .
5436     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5438 @end group
5439 @end smallexample
5440 @noindent
5441 @smallexample
5442 @group
5443 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5444     .                                 .
5446     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5447 @end group
5448 @end smallexample
5450 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5451 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5452 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5453 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5454 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5455 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5457 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5458 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5459 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5460 only one rewrite at a time.
5462 @smallexample
5463 @group
5464 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5465     .                                     .
5467     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5468 @end group
5469 @end smallexample
5471 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5472 of rewrites that occur.
5474 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5475 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5477 @smallexample
5478 @group
5479 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5480     .
5482     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5484 @end group
5485 @end smallexample
5486 @noindent
5487 @smallexample
5488 @group
5489 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5490     .
5492     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5493 @end group
5494 @end smallexample
5496 @noindent
5497 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5498 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5500 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5501 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5502 This is because they are special-constant variables.  The special
5503 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5504 A common error with rewrite
5505 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5506 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5507 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5509 @cindex Fibonacci numbers
5510 @ignore
5511 @starindex
5512 @end ignore
5513 @tindex fib
5514 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5515 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5516 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5517 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5518 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5520 @smallexample
5521 @group
5522 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5524 1:  fib(7)               1:  13
5525     .                        .
5527     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5528 @end group
5529 @end smallexample
5531 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5532 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5533 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5534 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5535 be used preferentially.
5537 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5538 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5539 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5540 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5541 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5542 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5543 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5545 @smallexample
5546 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5547 @end smallexample
5549 @noindent
5550 Now:
5552 @smallexample
5553 @group
5554 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5555     .                                 .
5557     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5558 @end group
5559 @end smallexample
5561 @noindent
5562 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5563 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5564 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5565 apply these rules automatically by storing them in the special
5566 variable @code{EvalRules}.
5568 @smallexample
5569 @group
5570 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5571     .                                       .
5573     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5574 @end group
5575 @end smallexample
5577 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5578 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5579 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5581 @smallexample
5582 @group
5583 fib(6) =
5584 fib(5)              +               fib(4) =
5585 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5586 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5587 @end group
5588 @end smallexample
5590 @noindent
5591 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5592 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5593 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5594 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5595 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5596 @code{EvalRules}) and add another condition:
5598 @smallexample
5599 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5600 @end smallexample
5602 @noindent
5603 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5604 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5605 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5606 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5607 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5608 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5610 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5611 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5613 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5614 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5615 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5616 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5617 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5619 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5620 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5621 un-store the variable.
5623 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5624 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5625 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5626 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5627 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5628 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5629 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5630 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5631 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5633 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5634 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5635 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5636 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5638 @example
5639 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5640 @end example
5642 @noindent
5643 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5644 to 1.''
5646 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5647 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5648 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5649 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5650 and one for @samp{b}.
5652 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5653 on the stack and tried to use the rule
5654 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5655 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5657 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5658 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5659 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5660 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5661 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5662 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5663 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5664 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5665 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5666 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5667 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5668 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5669 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5670 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5672 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5673 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5674 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5675 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5676 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5677 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5679 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5680 infinite series that exactly equals the value of that function at
5681 values of @expr{x} near zero.
5683 @ifnottex
5684 @example
5685 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5686 @end example
5687 @end ifnottex
5688 @tex
5689 \turnoffactive
5690 \beforedisplay
5691 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5692 \afterdisplay
5693 @end tex
5695 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5696 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5697 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5698 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5699 that records what was the lowest term that was truncated.
5701 @ifnottex
5702 @example
5703 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5704 @end example
5705 @end ifnottex
5706 @tex
5707 \turnoffactive
5708 \beforedisplay
5709 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5710 \afterdisplay
5711 @end tex
5713 @noindent
5714 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5715 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5717 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5718 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5719 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5720 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5721 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5722 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5723 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5724 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5725 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5727 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5728 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5729 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5731 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5733 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5734 @section Programming Tutorial
5736 @noindent
5737 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5738 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5739 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5740 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5741 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5742 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5744 One very limited form of programming is defining your own functions.
5745 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5746 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5747 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5748 case @kbd{z} prefix.
5750 @smallexample
5751 @group
5752 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5753     .                                     .
5755     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5756 @end group
5757 @end smallexample
5759 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5760 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5761 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5762 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5763 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5764 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5765 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5766 arguments?''
5768 @smallexample
5769 @group
5770 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5771     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5772                    .          1:  myexp(a + 1)
5773                                   .
5775     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5776 @end group
5777 @end smallexample
5779 @noindent
5780 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5781 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5782 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5783 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5784 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5785 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5786 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5788 @cindex Sine integral Si(x)
5789 @ignore
5790 @starindex
5791 @end ignore
5792 @tindex Si
5793 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5794 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5795 @infoline @expr{Si(x)} 
5796 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5797 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5798 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5799 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5800 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5801 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5802 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5803 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5804 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5805 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5806 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5807 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5808 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5810 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5811 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5812 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5813 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5814 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5816 @smallexample
5817 @group
5818 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5819     .                        .
5821     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5823 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5824     .                        .
5826     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5827 @end group
5828 @end smallexample
5830 @noindent
5831 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5832 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5833 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5834 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5835 re-execute the same keystrokes.
5837 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5839 @smallexample
5840 @group
5841 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5842                        .                   .
5844   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5845 @end group
5846 @end smallexample
5848 @noindent
5849 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5850 @kbd{z} to call it up.
5852 Keyboard macros can call other macros.
5854 @smallexample
5855 @group
5856 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5857     .                 .                           .            .
5859  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5860 @end group
5861 @end smallexample
5863 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5864 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5865 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5867 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5868 the following functions:
5870 @enumerate
5871 @item
5872 Compute 
5873 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5874 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
5875 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5877 @item
5878 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5879 the arguments are taken in the opposite order.
5881 @item
5882 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5883 the stack.
5884 @end enumerate
5885 @noindent
5886 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5888 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5889 the average (mean) value of a list of numbers.
5890 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5892 In many programs, some of the steps must execute several times.
5893 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5894 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5896 @smallexample
5897 @group
5898 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5899     .            1:  4             .
5900                      .
5902   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5903 @end group
5904 @end smallexample
5906 @noindent
5907 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5908 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5909 This structure pops a repeat count from the stack, then
5910 executes the body of the loop that many times.
5912 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5913 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5915 @cindex Fibonacci numbers
5916 Here's another example:
5918 @smallexample
5919 @group
5920 3:  1               2:  10946
5921 2:  1               1:  17711
5922 1:  20                  .
5923     .
5925 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5926 @end group
5927 @end smallexample
5929 @noindent
5930 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5931 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5932 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5933 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5935 @cindex Golden ratio
5936 @cindex Phi, golden ratio
5937 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5938 Fibonacci number can be found directly by computing 
5939 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5940 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5941 and then rounding to the nearest integer, where 
5942 @texline @math{\phi} (``phi''),
5943 @infoline @expr{phi}, 
5944 the ``golden ratio,'' is 
5945 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5946 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
5947 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5948 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5950 @smallexample
5951 @group
5952 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5953     .                   .                    .                    .
5955     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5956 @end group
5957 @end smallexample
5959 @cindex Continued fractions
5960 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5961 representation of 
5962 @texline @math{\phi}
5963 @infoline @expr{phi} 
5964 is 
5965 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5966 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5967 We can compute an approximate value by carrying this however far
5968 and then replacing the innermost 
5969 @texline @math{1/( \ldots )}
5970 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
5971 by 1.  Approximate
5972 @texline @math{\phi}
5973 @infoline @expr{phi} 
5974 using a twenty-term continued fraction.
5975 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5977 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5978 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5979 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5980 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5981 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5982 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5983 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5985 @cindex Harmonic numbers
5986 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5987 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5988 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5990 @smallexample
5991 @group
5992 3:  0               1:  3.597739
5993 2:  1                   .
5994 1:  20
5995     .
5997 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5998 @end group
5999 @end smallexample
6001 @noindent
6002 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6003 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6004 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6005 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6006 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6007 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6008 uses a step of one.
6010 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6011 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6012 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6014 @smallexample
6015 @group
6016 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6017     .         1:  20                                  .
6018                   .
6020     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6021 @end group
6022 @end smallexample
6024 @noindent
6025 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6026 variable (and removes that value from the stack).
6028 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6029 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6030 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6031 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6032 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6033 probably easier than using loops.  However, there are some
6034 situations where loops really are the way to go:
6036 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6037 harmonic number which is greater than 4.0.
6038 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6040 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6041 we have to worry about the programs clobbering values that the
6042 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6043 fix, though:
6045 @smallexample
6046 @group
6047     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6048                  .                .          2:  3.597739
6049                                              1:  0.6667
6050                                                  .
6052    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6053 @end group
6054 @end smallexample
6056 @noindent
6057 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6058 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6059 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6060 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6061 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6062 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6063 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6064 the contents of the stack, and the values of named variables,
6065 survive past the @kbd{Z '} command.
6067 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6068 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6069 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6070 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6071 by the formula 
6072 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6073 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6074 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6075 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6076 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6077 numbers are very large fractions.)
6079 @smallexample
6080 @group
6081 1:  10               1:  0.0756823
6082     .                    .
6084     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6085 @end group
6086 @end smallexample
6088 @noindent
6089 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6090 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6091 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6092 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6093 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6094 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6095 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6097 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6099 @smallexample
6100 @group
6101 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6102 2:  5:66             .              .              .              .
6103 1:  0.0757575
6104     .
6106 10 k b @key{RET} c f   M-0 @key{DEL} 11 X   @key{DEL} 12 X       @key{DEL} 13 X       @key{DEL} 14 X
6107 @end group
6108 @end smallexample
6110 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6111 Bernoulli numbers.
6113 @smallexample
6114 @group
6115 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6116 2:  2                  .
6117 1:  30
6118     .
6120  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6121 @end group
6122 @end smallexample
6124 @noindent
6125 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6126 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6127 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6128 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6129 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6130 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6131 sequence of keystrokes.)
6133 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6134 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6135 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6136 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6137 ``while'' and ``until'' style loops.
6139 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6140 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6141 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6142 then enter the real one in the edit command.
6144 @smallexample
6145 @group
6146 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6147     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6149                                         1                          ;; calc digits
6150                                         RET                        ;; calc-enter
6151                                         2                          ;; calc digits
6152                                         +                          ;; calc-plus
6154 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6155 @end group
6156 @end smallexample
6158 @noindent
6159 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6160 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6161 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6162 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6163 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6164 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6165 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6166 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6167 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6168 @code{C-} and @code{M-}.
6170 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6171 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6172 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6173 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6174 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6176 @smallexample
6177 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6178 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6179 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6180 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6181 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6182 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6183 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6184 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6185 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6186 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6187 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6188 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6189 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6190 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6191 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6192 @end smallexample
6194 @noindent
6195 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6197 @smallexample
6198 @group
6199 1:  20         1:  3.597739
6200     .              .
6202     20             z h
6203 @end group
6204 @end smallexample
6206 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6207 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6208 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6209 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6210 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6211 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6212 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6214 @example
6215 @group
6216 Z ` 0 t 1
6217     1 TAB
6218     Z (  & s + 1  1 Z )
6219     r 1
6220 Z '
6221 @end group
6222 @end example
6224 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6225 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6226 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6227 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6228 this formula over and over:
6230 @ifnottex
6231 @example
6232 new_x = x - f(x)/f'(x)
6233 @end example
6234 @end ifnottex
6235 @tex
6236 \beforedisplay
6237 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6238 \afterdisplay
6239 @end tex
6241 @noindent
6242 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6243 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6244 @texline @math{x_{\rm new}}
6245 @infoline @expr{new_x} 
6246 and @expr{x} will be equal to within the limits
6247 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6248 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6249 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6250 is zero.  Use it to find a solution of 
6251 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6252 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6253 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6254 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6255 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6257 @cindex Digamma function
6258 @cindex Gamma constant, Euler's
6259 @cindex Euler's gamma constant
6260 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6261 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6262 @infoline @expr{psi(z)}
6263 is defined as the derivative of 
6264 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6265 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6266 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6268 @ifnottex
6269 @example
6270 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6271 @end example
6272 @end ifnottex
6273 @tex
6274 \beforedisplay
6275 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6276    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6278 \afterdisplay
6279 @end tex
6281 @noindent
6282 where 
6283 @texline @math{\sum}
6284 @infoline @expr{sum} 
6285 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6286 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6287 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6288 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6289 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6290 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6291 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6292 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6293 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6294 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6295 Fortunately, we can compute 
6296 @texline @math{\psi(1)}
6297 @infoline @expr{psi(1)} 
6298 from 
6299 @texline @math{\psi(5)}
6300 @infoline @expr{psi(5)} 
6301 using the recurrence 
6302 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6303 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6304 Your task:  Develop a program to compute 
6305 @texline @math{\psi(z)};
6306 @infoline @expr{psi(z)}; 
6307 it should ``pump up'' @expr{z}
6308 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6309 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6310 to compute 
6311 @texline @math{\gamma}
6312 @infoline @expr{gamma} 
6313 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6314 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6315 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6317 @cindex Polynomial, list of coefficients
6318 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6319 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6320 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6321 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6322 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6323 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6324 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6325 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6327 @cindex Recursion
6328 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6329 first kind} are defined by the recurrences,
6331 @ifnottex
6332 @example
6333 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6334 s(n,0) = 0   for n > 0,
6335 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6336 @end example
6337 @end ifnottex
6338 @tex
6339 \turnoffactive
6340 \beforedisplay
6341 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6342              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6343              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6344                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6346 \afterdisplay
6347 \vskip5pt
6348 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6349 @end tex
6351 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6352 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6353 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6354 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6355 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6356 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6357 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6358 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6359 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6360 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6361 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6362 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6363 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6364 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6365 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6366 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6367 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6368 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6370 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6371 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6372 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6373 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6374 program can:
6376 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6377 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6378 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6379 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6381 @example
6383 @end example
6384 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6385 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6386 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6387 @c [not-split]
6388 The rest of this manual tells the whole story.
6389 @c [when-split]
6390 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6392 @page
6393 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6394 @section Answers to Exercises
6396 @noindent
6397 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6399 @menu
6400 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6401 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6402 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6403 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6404 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6405 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6406 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6407 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6408 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6409 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6410 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6411 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6412 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6413 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6414 * Vector Answer 2::        Average position
6415 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6416 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6417 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6418 * List Answer 1::          Powers of two
6419 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6420 * List Answer 3::          Geometric mean
6421 * List Answer 4::          Divisor function
6422 * List Answer 5::          Duplicate factors
6423 * List Answer 6::          Triangular list
6424 * List Answer 7::          Another triangular list
6425 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6426 * List Answer 9::          Integers the hard way
6427 * List Answer 10::         All elements equal
6428 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6429 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6430 * List Answer 13::         Hash codes
6431 * List Answer 14::         Random walk
6432 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6433 * Types Answer 2::         Infinities
6434 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6435 * Types Answer 4::         Abbey Road
6436 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6437 * Types Answer 6::         Leap years
6438 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6439 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6440 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6441 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6442 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6443 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6444 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6445 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6446 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6447 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6448 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6449 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6450 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6451 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6452 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6453 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6454 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6455 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6456 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6457 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6458 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6459 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6460 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6461 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6462 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6463 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6464 * Programming Answer 8::   Newton's method
6465 * Programming Answer 9::   Digamma function
6466 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6467 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6468 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6469 @end menu
6471 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6472 @c being entered on the table of contents.
6473 @tex
6474 \global\let\oldwrite=\write
6475 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6476 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6477 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6478 @end tex
6480 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6481 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6483 @noindent
6484 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6486 The result is 
6487 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6488 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6490 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6491 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6493 @noindent
6494 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6495 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6497 After computing the intermediate term 
6498 @texline @math{2\times4 = 8},
6499 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6500 you can leave that result on the stack while you compute the second
6501 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6502 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6504 @smallexample
6505 @group
6506 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6507 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6508     .                         1:  9.5            .
6509                                   .
6511   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6513 @end group
6514 @end smallexample
6515 @noindent
6516 @smallexample
6517 @group
6518 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6519 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6520 2:  5          1:  1.25           .
6521 1:  4              .
6522     .
6524   5 @key{RET} 4          /              +              +
6525 @end group
6526 @end smallexample
6528 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6529 with the third term.
6531 @smallexample
6532 @group
6533 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6534 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6535     .                         1:  4              .
6536                                   .
6538    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6539 @end group
6540 @end smallexample
6542 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6543 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6544 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6545 you choose is purely a matter of taste.
6547 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6548 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6550 @noindent
6551 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6553 @smallexample
6554 @group
6555 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6556 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6557 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6558     .              .          1:  1              .              .
6559                                   .
6561                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6562 @end group
6563 @end smallexample
6565 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6567 @smallexample
6568 @group
6569 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6570 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6571 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6572     .              .              .              .              .
6574                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6575 @end group
6576 @end smallexample
6578 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6579 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6581 @noindent
6582 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6583 but using both the comma and the space at once yields:
6585 @smallexample
6586 @group
6587 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6588     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6589                    .                             .              .
6591     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6592 @end group
6593 @end smallexample
6595 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6596 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6597 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6598 deletes just one component out of that object, so he had to press
6599 @key{DEL} twice to finish the job.
6601 @smallexample
6602 @group
6603 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6604 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6605     .              .              .
6607                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6608 @end group
6609 @end smallexample
6611 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6612 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6613 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6614 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6616 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6617 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6619 @noindent
6620 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6622 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6623 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6625 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6626 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6627 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6629 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6630 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6632 @noindent
6633 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6634 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6635 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6636 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6638 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6639 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6641 @noindent
6642 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6643 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6644 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6645 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6646 times anything is zero.''
6648 @c [fix-ref Infinities]
6649 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6650 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6651 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6652 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6653 further discussion of infinite and indeterminate values.
6655 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6656 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6658 @noindent
6659 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6660 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6661 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6662 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6663 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6664 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6666 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6667 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6668 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6669 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6670 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6671 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6672 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6673 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6674 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6675 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6676 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6678 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6679 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6680 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6681 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6682 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6683 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6684 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6685 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6686 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6687 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6689 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6690 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6691 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6692 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6693 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6694 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6695 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6696 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6697 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6698 to tell two distinct numbers apart.
6700 An interesting side note is that most computers store their
6701 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6702 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6703 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6704 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6705 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6706 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6707 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6708 in decimal display mode.
6710 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6711 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6712 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6713 you use a relatively unusual radix like 3.
6715 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6716 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6718 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6719 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6720 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6721 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6722 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6723 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6724 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6725 way to enter this number.
6727 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6728 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6729 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6730 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6731 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6732 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6733 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6735 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6736 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6738 @noindent
6739 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6741 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6742 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6743 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6744 their inputs.
6746 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6747 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6748 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6749 place (according to the current precision).  They are useful for
6750 determining facts like this.
6752 @smallexample
6753 @group
6754 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6755     .                       .
6757     45 S                    2 ^
6759 @end group
6760 @end smallexample
6761 @noindent
6762 @smallexample
6763 @group
6764 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6765     .                       .                       .
6767     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6768 @end group
6769 @end smallexample
6771 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6772 all the way.  The only number in the original problem which was known
6773 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6774 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6775 for the higher precision to be meaningful.
6777 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6778 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6780 @noindent
6781 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6782 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6783 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6784 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6785 of time.
6787 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6788 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6789 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6790 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6791 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6792 calculation of the sum will not have this problem.
6794 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6795 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6796 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6798 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6799 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6801 @noindent
6802 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6803 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6804 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6805 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6806 with a precision of 6 this will be rounded to 
6807 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6808 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6809 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6811 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6812 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6813 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6814 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6815 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6816 format.
6818 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6819 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6821 @noindent
6822 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6823 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6825 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6826 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6827 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6828 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6830 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6831 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6833 @noindent
6834 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6835 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6837 @smallexample
6838 @group
6839 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6840     .          1:  3.74165738677      .                       .
6841                    .
6843     r 1            @key{RET} A              /                       A
6844 @end group
6845 @end smallexample
6847 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6848 indeed have unit length.
6850 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6851 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6853 @noindent
6854 The average position is equal to the sum of the products of the
6855 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6856 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6857 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6859 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6860 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6862 @noindent
6863 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6864 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6866 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6867 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6869 @ifnottex
6870 @example
6871 @group
6872    x + a y = 6
6873    x + b y = 10
6874 @end group
6875 @end example
6876 @end ifnottex
6877 @tex
6878 \turnoffactive
6879 \beforedisplay
6880 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6881              x &+ b y = 10}
6883 \afterdisplay
6884 @end tex
6886 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6887 matrix as usual.
6889 @smallexample
6890 @group
6891 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
6892     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6893                      [ 1, b ] ]
6894                    .
6896 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6897 @end group
6898 @end smallexample
6900 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6901 mode:
6903 @smallexample
6904 @group
6905           4 a     4
6906 1:  [6 - -----, -----]
6907          b - a  b - a
6908 @end group
6909 @end smallexample
6911 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6913 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6914 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6916 @noindent
6917 To solve 
6918 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6919 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
6920 first we compute
6921 @texline @math{A' = A^T A}
6922 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
6923 and 
6924 @texline @math{B' = A^T B};
6925 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
6926 now, we have a system 
6927 @texline @math{A' X = B'}
6928 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
6929 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6931 @ifnottex
6932 @example
6933 @group
6934     a + 2b + 3c = 6
6935    4a + 5b + 6c = 2
6936    7a + 6b      = 3
6937    2a + 4b + 6c = 11
6938 @end group
6939 @end example
6940 @end ifnottex
6941 @tex
6942 \turnoffactive
6943 \beforedisplayh
6944 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6945 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6946    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6947    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6948    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6949   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6950  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6951  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6952  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6954 \afterdisplayh
6955 @end tex
6957 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6958 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6959 @texline @math{B'}
6960 @infoline @expr{B2} 
6961 vector.
6963 @smallexample
6964 @group
6965 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6966       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6967       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6968       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6969     .                             .
6971 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6972 @end group
6973 @end smallexample
6975 @noindent
6976 Now we compute the matrix 
6977 @texline @math{A'}
6978 @infoline @expr{A2} 
6979 and divide.
6981 @smallexample
6982 @group
6983 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6984 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6985       [ 72, 81, 60 ]
6986       [ 39, 60, 81 ] ]
6987     .
6989     r 7 v t r 7 *             /
6990 @end group
6991 @end smallexample
6993 @noindent
6994 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6995 round-off error.)
6997 Notice that the answers are similar to those for the 
6998 @texline @math{3\times3}
6999 @infoline 3x3
7000 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
7001 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7002 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7003 answer since the 
7004 @texline @math{4\times3}
7005 @infoline 4x3
7006 system would be equivalent to the original 
7007 @texline @math{3\times3}
7008 @infoline 3x3
7009 system.)
7011 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7012 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7013 the original system of equations to see how well they match.
7015 @smallexample
7016 @group
7017 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7018 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7019       [ 4, 5, 6 ]
7020       [ 7, 6, 0 ]
7021       [ 2, 4, 6 ] ]
7022     .
7024     r 7                            @key{TAB} *
7025 @end group
7026 @end smallexample
7028 @noindent
7029 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7030 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7032 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7033 @subsection List Tutorial Exercise 1
7035 @noindent
7036 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7037 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7038 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7039 plain @samp{-} key will work just as well.
7041 @smallexample
7042 @group
7043 2:  2                              2:  2
7044 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7045     .                                  .
7047     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7048 @end group
7049 @end smallexample
7051 @noindent
7052 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7053 vector.
7055 @smallexample
7056 @group
7057 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7058     .
7060     V M ^
7061 @end group
7062 @end smallexample
7064 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7065 @subsection List Tutorial Exercise 2
7067 @noindent
7068 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7069 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7071 @ifnottex
7072 @example
7073    m*x + b*1 = y
7074 @end example
7075 @end ifnottex
7076 @tex
7077 \turnoffactive
7078 \beforedisplay
7079 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7080 \afterdisplay
7081 @end tex
7083 Thus we want a 
7084 @texline @math{19\times2}
7085 @infoline 19x2
7086 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7087 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7088 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7090 @smallexample
7091 @group
7092 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7093 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7094     .                                 [ 1.49, 1 ]
7095                                       @dots{}
7097     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7098 @end group
7099 @end smallexample
7101 @noindent
7102 Now we compute 
7103 @texline @math{A^T y}
7104 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7105 and 
7106 @texline @math{A^T A}
7107 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7108 and divide.
7110 @smallexample
7111 @group
7112 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7113     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7114                                 [  41.63,   19   ] ]
7115                               .
7117  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7118 @end group
7119 @end smallexample
7121 @noindent
7122 (Hey, those numbers look familiar!)
7124 @smallexample
7125 @group
7126 1:  [0.52141679, -0.425978]
7127     .
7129     /
7130 @end group
7131 @end smallexample
7133 Since we were solving equations of the form 
7134 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7135 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7136 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7137 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7138 @kbd{V R}!
7140 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7141 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7142 arithmetic functions!
7144 @c [fix-ref Curve Fitting]
7145 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7146 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7148 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7149 @subsection List Tutorial Exercise 3
7151 @noindent
7152 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7153 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7154 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7156 @smallexample
7157 @group
7158 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7159     .
7160 @end group
7161 @end smallexample
7163 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7164 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7166 @smallexample
7167 @group
7168 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7169 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7170     .                          .
7172     @key{RET}                        V R *
7174 @end group
7175 @end smallexample
7176 @noindent
7177 @smallexample
7178 @group
7179 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7180 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7181     .                          .
7183     @key{TAB}                        v l                 I ^
7184 @end group
7185 @end smallexample
7187 @noindent
7188 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7189 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7190 then raise the number to that power.)
7192 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7193 @subsection List Tutorial Exercise 4
7195 @noindent
7196 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7197 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7198 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7199 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7201 @smallexample
7202 @group
7203 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7204 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7205     .                       .
7207  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7208 @end group
7209 @end smallexample
7211 @noindent
7212 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7214 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7215 The first divisor function is the sum of the divisors.
7217 @smallexample
7218 @group
7219 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7220            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7221            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7222                .
7224    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7225 @end group
7226 @end smallexample
7228 @noindent
7229 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7230 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7232 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7233 @subsection List Tutorial Exercise 5
7235 @noindent
7236 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7237 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7238 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7239 the list with a copy of itself shifted over by one.
7241 @smallexample
7242 @group
7243 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7244     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7245                            .                        .
7247     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7249 @end group
7250 @end smallexample
7251 @noindent
7252 @smallexample
7253 @group
7254 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7255     .                        .              .
7257     V M a =                  V R +          0 a =
7258 @end group
7259 @end smallexample
7261 @noindent
7262 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7263 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7264 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7265 the job is pretty straightforward.
7267 Incidentally, Calc provides the 
7268 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7269 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7270 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7271 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7273 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7274 @subsection List Tutorial Exercise 6
7276 @noindent
7277 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7278 to get a list of lists of integers!
7280 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7281 @subsection List Tutorial Exercise 7
7283 @noindent
7284 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7285 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7287 @smallexample
7288 @group
7289 1:  [ [0],
7290       [0, 1],
7291       [0, 1, 2],
7292       @dots{}
7294     1 -
7295 @end group
7296 @end smallexample
7298 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7299 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7300 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7301 can be computed directly by the formula 
7302 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7303 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7305 @smallexample
7306 @group
7307 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7308 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7309     .                           .
7311     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7312 @end group
7313 @end smallexample
7315 @noindent
7316 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7317 result:
7319 @smallexample
7320 @group
7321 1:  [ [0],
7322       [1, 2],
7323       [3, 4, 5],
7324       [6, 7, 8, 9],
7325       [10, 11, 12, 13, 14],
7326       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7327       .
7329       V M +
7330 @end group
7331 @end smallexample
7333 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7334 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7335 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7336 triangular list.
7338 @smallexample
7339 @group
7340 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7341 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7342     .                           .
7344     @key{RET}                         V M V R +
7345 @end group
7346 @end smallexample
7348 @noindent
7349 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7350 since each element of the main vector is itself a small vector,
7351 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7353 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7354 @subsection List Tutorial Exercise 8
7356 @noindent
7357 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7359 @smallexample
7360 @group
7361 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7362     .                       .                       .
7364     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7365 @end group
7366 @end smallexample
7368 Next, we compute the Bessel function values.
7370 @smallexample
7371 @group
7372 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7373     .
7375     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7376 @end group
7377 @end smallexample
7379 @noindent
7380 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7382 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7383 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7385 @smallexample
7386 @group
7387 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7388 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7389     .                                                     .
7391     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7392 @end group
7393 @end smallexample
7395 @noindent
7396 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7397 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7398 @texline @math{\sin x}
7399 @infoline @expr{sin(x)}
7400 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7402 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7403 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7404 this back into the corresponding value itself.
7406 @smallexample
7407 @group
7408 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7409 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7410     .
7412     r 1                         V M *                    V R +
7413 @end group
7414 @end smallexample
7416 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7417 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7418 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7419 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7420 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7421 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7423 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7424 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7425 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7427 @smallexample
7428 @group
7429 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7430 1:  [0 .. 5]                       .
7431     .
7433 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7434 @end group
7435 @end smallexample
7437 @noindent
7438 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7439 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7440 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7442 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7443 @subsection List Tutorial Exercise 9
7445 @noindent
7446 Step one is to convert our integer into vector notation.
7448 @smallexample
7449 @group
7450 1:  25129925999           3:  25129925999
7451     .                     2:  10
7452                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7453                               .
7455     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7457 @end group
7458 @end smallexample
7459 @noindent
7460 @smallexample
7461 @group
7462 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7463 2:  [100000000000, ... ]         .
7464     .
7466     V M ^   s 1                  V M \
7467 @end group
7468 @end smallexample
7470 @noindent
7471 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7473 @smallexample
7474 @group
7475 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7476     .
7478     10 V M %   s 2
7479 @end group
7480 @end smallexample
7482 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7483 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7484 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7485 the right of it are nines.
7487 @smallexample
7488 @group
7489 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7490     .                                          .
7492     9 V M a =                                  v v
7494 @end group
7495 @end smallexample
7496 @noindent
7497 @smallexample
7498 @group
7499 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7500     .                              .
7502     V U *                          v v 1 |
7503 @end group
7504 @end smallexample
7506 @noindent
7507 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7508 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7509 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7510 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7511 rightmost digit.
7513 @smallexample
7514 @group
7515 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7516 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7517     .
7519     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7520 @end group
7521 @end smallexample
7523 @noindent
7524 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7525 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7526 digits that generated them.
7528 Finally, we must convert this list back into an integer.
7530 @smallexample
7531 @group
7532 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7533 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7534 1:  [100000000000, ... ]          .
7535     .
7537     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7539 @end group
7540 @end smallexample
7541 @noindent
7542 @smallexample
7543 @group
7544 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7545     .                                            .
7547     V M *                                        V R +
7548 @end group
7549 @end smallexample
7551 @noindent
7552 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7553 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7555 @smallexample
7556 @group
7557 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7558     .                             .
7560                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7561 @end group
7562 @end smallexample
7564 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7565 @subsection List Tutorial Exercise 10
7567 @noindent
7568 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7569 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7570 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7571 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7573 Here's a more correct method:
7575 @smallexample
7576 @group
7577 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7578     .                    1:  7
7579                              .
7581   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7583 @end group
7584 @end smallexample
7585 @noindent
7586 @smallexample
7587 @group
7588 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7589     .                        .
7591     V M a =                  V R *
7592 @end group
7593 @end smallexample
7595 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7596 @subsection List Tutorial Exercise 11
7598 @noindent
7599 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7600 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7601 and a vector of @expr{y^2}.
7603 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7604 commands.
7606 @smallexample
7607 @group
7608 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7609 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7610     .                              .
7612  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7614 @end group
7615 @end smallexample
7616 @noindent
7617 @smallexample
7618 @group
7619 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7620 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7621     .                              .
7623     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7624 @end group
7625 @end smallexample
7627 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7628 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7630 @smallexample
7631 @group
7632 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7633     .                              .                     .
7635     +                              1 V M a <             V R +
7636 @end group
7637 @end smallexample
7639 @noindent
7640 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7642 @smallexample
7643 @group
7644 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7645     .              .          1:  3.14159        .
7647     100 /          4 *            P              /
7648 @end group
7649 @end smallexample
7651 @noindent
7652 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7653 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7654 not very efficient!
7656 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7657 will be slightly different from the one shown here!)
7659 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7660 return to full-sized display of vectors.
7662 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7663 @subsection List Tutorial Exercise 12
7665 @noindent
7666 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7667 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7668 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7669 component for one end of the match, pick a random direction 
7670 @texline @math{\theta},
7671 @infoline @expr{theta},
7672 and see if @expr{x} and 
7673 @texline @math{x + \cos \theta}
7674 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7675 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7676 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7677 numbers surround an integer.
7679 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7680 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7681 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7682 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7683 to estimate @cpi{}!)
7685 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7686 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7687 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7688 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7689 Pick random @expr{x} and 
7690 @texline @math{\theta},
7691 @infoline @expr{theta}, 
7692 compute
7693 @texline @math{x + \cos \theta},
7694 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7695 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7697 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7698 commands.
7700 @smallexample
7701 @group
7702 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7703     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7704                                    .
7706 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7707 @end group
7708 @end smallexample
7710 @noindent
7711 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7713 @smallexample
7714 @group
7715 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7716 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7717     .
7719     m d  V M C                     +
7721 @end group
7722 @end smallexample
7723 @noindent
7724 @smallexample
7725 @group
7726 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7727     .                        .                   .
7729     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7730 @end group
7731 @end smallexample
7733 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7734 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7735 a random integer.
7737 @smallexample
7738 @group
7739 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7740 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7741     .                                      .
7743     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7745 @end group
7746 @end smallexample
7747 @noindent
7748 @smallexample
7749 @group
7750 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7751     .                        .                      .
7753     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7755 @end group
7756 @end smallexample
7757 @noindent
7758 @smallexample
7759 @group
7760 1:  10.714        1:  3.273
7761     .                 .
7763     6 @key{TAB} /           Q
7764 @end group
7765 @end smallexample
7767 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7768 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7770 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7771 return to full-sized display of vectors.
7773 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7774 @subsection List Tutorial Exercise 13
7776 @noindent
7777 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7779 @smallexample
7780 @group
7781 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7782     .
7784     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7785 @end group
7786 @end smallexample
7788 @noindent
7789 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7790 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7791 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7792 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7794 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7795 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7796 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7797 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7799 @smallexample
7800 @group
7801 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7802 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7803     .                              .
7805     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7807 @end group
7808 @end smallexample
7809 @noindent
7810 @smallexample
7811 @group
7812 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7813 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7814     .
7816     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7817 @end group
7818 @end smallexample
7820 @noindent
7821 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7822 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7823 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7824 function of two arguments that computes its first argument times three
7825 plus its second argument.
7827 @smallexample
7828 @group
7829 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7830     .                              .
7832     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7833 @end group
7834 @end smallexample
7836 @noindent
7837 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7838 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7839 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7841 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7842 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7843 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7844 without affecting the result.  While this means there are more
7845 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7846 the operations are faster.
7848 @smallexample
7849 @group
7850 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7851     .                              .
7853     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7854 @end group
7855 @end smallexample
7857 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7858 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7859 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7860 So the result when we take the modulo after every step is,
7862 @ifnottex
7863 @example
7864 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7865 @end example
7866 @end ifnottex
7867 @tex
7868 \turnoffactive
7869 \beforedisplay
7870 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7871 \afterdisplay
7872 @end tex
7874 @noindent
7875 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7876 the distributive law yields
7878 @ifnottex
7879 @example
7880 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7881 @end example
7882 @end ifnottex
7883 @tex
7884 \turnoffactive
7885 \beforedisplay
7886 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7887 \afterdisplay
7888 @end tex
7890 @noindent
7891 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7892 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7893 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7894 @expr{n' = 3m + n},
7896 @ifnottex
7897 @example
7898 9 a + 3 b + c - 511 n'
7899 @end example
7900 @end ifnottex
7901 @tex
7902 \turnoffactive
7903 \beforedisplay
7904 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7905 \afterdisplay
7906 @end tex
7908 @noindent
7909 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7910 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7912 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7913 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7914 modulo some value @var{m}.
7916 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7917 @subsection List Tutorial Exercise 14
7919 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7920 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7921 otherwise the problem is quite straightforward.
7923 @smallexample
7924 @group
7925 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7926 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7927     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7928                      ...
7930     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7931 @end group
7932 @end smallexample
7934 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7935 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7936 before nesting even begins.
7938 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7939 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7940 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7942 @smallexample
7943 @group
7944 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7945 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7946     .
7948     v t  v u  g f
7949 @end group
7950 @end smallexample
7952 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7953 independent in this case, we could have done two separate commands
7954 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7956 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7957 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7958 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7959 we might want to lower the precision a bit for it.
7961 @smallexample
7962 @group
7963 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7964 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7965     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7966                      ...
7968     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7969 @end group
7970 @end smallexample
7972 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7974 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7975 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7976 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7977 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7978 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7979 Schwartz.)
7981 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7982 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7984 @noindent
7985 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7986 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7988 @smallexample
7989 @group
7990 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7991     .                    .                    .
7993                          2 ^ P /              c F
7994 @end group
7995 @end smallexample
7997 @noindent
7998 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7999 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8000 happens to be the fraction which most closely represents some
8001 irrational number to within 12 digits.
8003 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8004 precision slightly and try again:
8006 @smallexample
8007 @group
8008 1:  0.509433962268     1:  27:53
8009     .                      .
8011     U p 10 @key{RET}             c F
8012 @end group
8013 @end smallexample
8015 @noindent
8016 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8017 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8018 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
8019 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8021 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8022 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8023 to the current precision before they begin.
8025 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8026 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8028 @noindent
8029 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8030 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8032 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8033 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8034 far as Calc is concerned all infinities are the same size.
8035 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8036 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8037 @expr{x} is not relevant here.
8039 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8040 the input is infinite.
8042 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8043 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8044 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8045 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8046 because, once again, all infinities are the same size.
8048 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8049 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8050 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8051 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8053 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8054 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8056 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8057 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8058 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8059 treat @samp{ln(0)} as an error.
8061 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8062 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8064 @noindent
8065 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8066 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8067 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8068 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8069 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8070 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8072 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8073 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8074 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8075 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8077 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8078 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8079 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8080 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8081 unable to tell what the true answer is.
8083 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8084 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8086 @smallexample
8087 @group
8088 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8089 1:  17                          .
8090     .
8092     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8093 @end group
8094 @end smallexample
8096 @noindent
8097 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8099 @smallexample
8100 @group
8101 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8102 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8103     .
8105     20"                      +                      17 *
8106 @end group
8107 @end smallexample
8109 @noindent
8110 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8112 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8113 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8115 @noindent
8116 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8117 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8118 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8120 @smallexample
8121 @group
8122 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8123     .                         .                        .
8125     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8126 @end group
8127 @end smallexample
8129 @noindent
8130 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8132 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8133 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8134 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8135 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8136 argument is exactly what we want to map over:
8138 @smallexample
8139 @group
8140 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8141 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8142     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8143                                .
8145     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8146 @end group
8147 @end smallexample
8149 @noindent
8150 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8152 @smallexample
8153 @group
8154 1:  242
8155     .
8157 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8158 @end group
8159 @end smallexample
8161 @noindent
8162 And the answer to our original question:  242 days to go.
8164 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8165 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8167 @noindent
8168 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8169 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8170 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8171 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8172 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8173 don't know the leap year rule.
8175 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8176 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8177 the number of days between now and then, and compare that to the
8178 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8179 equal to the number of leap years there were.
8181 @smallexample
8182 @group
8183 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8184     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8185                                .
8187   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8189 @end group
8190 @end smallexample
8191 @noindent
8192 @smallexample
8193 @group
8194 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8195 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8196 1:  1991              .               .
8197     .
8199   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8200 @end group
8201 @end smallexample
8203 @c [fix-ref Date Forms]
8204 @noindent
8205 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8206 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8207 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8208 background information in that regard.)
8210 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8211 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8213 @noindent
8214 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8215 @samp{+/-} notation may be used.
8217 @smallexample
8218 @group
8219 1:  1.              2:  1.
8220     .               1:  0.2
8221                         .
8223     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8224 @end group
8225 @end smallexample
8227 Now we simply chug through the formula.
8229 @smallexample
8230 @group
8231 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8232     .                    .                        .
8234     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8235 @end group
8236 @end smallexample
8238 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8239 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8241 @smallexample
8242 @group
8243 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8244 2:  6316.5                1:  0.1118
8245 1:  706.21                    .
8246     .
8248     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8249 @end group
8250 @end smallexample
8252 @noindent
8253 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8255 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8256 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8258 @noindent
8259 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8260 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8261 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8262 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8263 but with no upper bound.
8265 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8267 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8268 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8269 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8270 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8272 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8273 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8274 as a possible value.
8276 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8277 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8278 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8279 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8280 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8281 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8282 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8283 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8284 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8285 that interval arithmetic can do in this case.
8287 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8288 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8290 @smallexample
8291 @group
8292 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8293     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8294                         .                 .
8296     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8297 @end group
8298 @end smallexample
8300 @noindent
8301 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8302 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8303 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8305 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8306 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8307 for different numbers.
8309 The same issue arises when you try to square an error form.
8311 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8312 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8314 @noindent
8315 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8317 @smallexample
8318 @group
8319 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8320     .                      811749612              .
8321                            .
8323     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8324 @end group
8325 @end smallexample
8327 @noindent
8328 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8329 must not be prime.
8331 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8332 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8333 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8334 use this method to test the second number.
8336 @smallexample
8337 @group
8338 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8339 1:  15485863                           .
8340     .
8342  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8343 @end group
8344 @end smallexample
8346 @noindent
8347 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8348 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8350 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8351 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8352 the power using full integer arithmetic.
8354 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8355 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8356 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8357 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8359 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8360 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8362 @noindent
8363 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8364 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8365 multiply the number by an HMS form representing one second:
8367 @smallexample
8368 @group
8369 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8370     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8371                           .
8373     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8375 @end group
8376 @end smallexample
8377 @noindent
8378 @smallexample
8379 @group
8380 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8381 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8382     .
8384     x time @key{RET}                         +
8385 @end group
8386 @end smallexample
8388 @noindent
8389 It will be just after six in the morning.
8391 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8392 HMS form:
8394 @smallexample
8395 @group
8396 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8397     .                                 .
8399   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8400 @end group
8401 @end smallexample
8403 @noindent
8404 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8405 the actual number 3.14159...
8407 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8408 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8410 @noindent
8411 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8412 each.
8414 @smallexample
8415 @group
8416 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8417 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8418     .
8420     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8422 @end group
8423 @end smallexample
8424 @noindent
8425 @smallexample
8426 @group
8427 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8428     .
8430     17 *
8431 @end group
8432 @end smallexample
8434 @noindent
8435 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8437 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8438 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8440 @noindent
8441 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8443 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8444 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8446 @noindent
8447 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8448 to the other?
8450 @smallexample
8451 @group
8452 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8453     .                 .
8455  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8456 @end group
8457 @end smallexample
8459 @noindent
8460 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8462 @smallexample
8463 @group
8464 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8465 2:  4.1 ns            .                       .
8466     .
8468   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8469 @end group
8470 @end smallexample
8472 @noindent
8473 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8474 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8475 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8477 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8478 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8480 @noindent
8481 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8482 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8484 @smallexample
8485 @group
8486 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8487     .              1:  5 yd / hr            .
8488                        .
8490   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8491 @end group
8492 @end smallexample
8494 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8495 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8496 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8498 @smallexample
8499 @group
8500 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8501     .            1:  2                .
8502                      .
8504     u s              2                B
8505 @end group
8506 @end smallexample
8508 @noindent
8509 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8511 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8512 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8514 @noindent
8515 @c [fix-ref Declarations]
8516 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8517 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8518 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8519 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8520 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8521 that @expr{x} is known to be real.)
8523 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8524 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8526 @noindent
8527 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8528 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8529 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8530 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8531 familiar form.
8533 @smallexample
8534 @group
8535 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8536     .                          .
8538     r 2                        a P x @key{RET}
8540 @end group
8541 @end smallexample
8542 @noindent
8543 @smallexample
8544 @group
8545 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8546     .                                     .
8548     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8550 @end group
8551 @end smallexample
8552 @noindent
8553 @smallexample
8554 @group
8555 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8556     .                          .
8558     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8559 @end group
8560 @end smallexample
8562 @noindent
8563 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8564 same as the original polynomial.
8566 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8567 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8569 @smallexample
8570 @group
8571 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8572     .                       .
8574   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8576 @end group
8577 @end smallexample
8578 @noindent
8579 @smallexample
8580 @group
8581 1:  [y, 1]
8582 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8583     .
8585   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8587 @end group
8588 @end smallexample
8589 @noindent
8590 @smallexample
8591 @group
8592 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8593     .
8595     V M $ @key{RET}
8597 @end group
8598 @end smallexample
8599 @noindent
8600 @smallexample
8601 @group
8602 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8603     .
8605     V R -
8607 @end group
8608 @end smallexample
8609 @noindent
8610 @smallexample
8611 @group
8612 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8613     .
8615     =
8617 @end group
8618 @end smallexample
8619 @noindent
8620 @smallexample
8621 @group
8622 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8623     .
8625     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8626 @end group
8627 @end smallexample
8629 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8630 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8632 @noindent
8633 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8634 the contributions from the slices, since the slices have varying
8635 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8636 coefficients.  Here's one way:
8638 @smallexample
8639 @group
8640 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8641 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8642     .                      .
8644     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8646 @end group
8647 @end smallexample
8648 @noindent
8649 @smallexample
8650 @group
8651 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8652     .                          .
8654     1 |                        1 @key{TAB} |
8655 @end group
8656 @end smallexample
8658 @noindent
8659 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8660 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8662 @smallexample
8663 @group
8664 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8665 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8666     .
8668  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8670 @end group
8671 @end smallexample
8672 @noindent
8673 @smallexample
8674 @group
8675 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8676 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8677     .
8679     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8680 @end group
8681 @end smallexample
8683 @noindent
8684 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8685 same thing.
8687 @smallexample
8688 @group
8689 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8690     .              .              .
8692     *              .1 *           3 /
8693 @end group
8694 @end smallexample
8696 @noindent
8697 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8699 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8700 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8702 @noindent
8703 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8705 @smallexample
8706 @group
8707                                                ___
8708                                           2 + V 2
8709 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8710     .                                          ___
8711                                           1 + V 2
8713                                           .
8715   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8716 @end group
8717 @end smallexample
8719 @noindent
8720 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8722 @smallexample
8723 @group
8724           ___    ___
8725 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8726     .
8728   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8730 @end group
8731 @end smallexample
8732 @noindent
8733 @smallexample
8734 @group
8735          ___                         ___
8736 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8737     .                               .
8739   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8740 @end group
8741 @end smallexample
8743 @noindent
8744 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8745 second step.)
8747 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8748 different circumstances, such as when the denominator involves
8749 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8751 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8752 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8754 @noindent
8755 Here is the rule set:
8757 @smallexample
8758 @group
8759 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8760   fib(1, x, y) := x,
8761   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8762 @end group
8763 @end smallexample
8765 @noindent
8766 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8767 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8768 second rule converts back from three-argument form once the computation
8769 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8770 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8771 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8772 numbers.
8774 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8775 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8776 the other rules because the rule set would never get that far unless
8777 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8778 extra conditions need to be checked at every step.
8780 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8781 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8782 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8783 help keep this from happening by accident would be to use something like
8784 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8785 function.
8787 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8788 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8790 @noindent
8791 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8792 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8793 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8794 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8795 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8796 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8797 to make sure the rule applied only once.
8799 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8800 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8801 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8802 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8803 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8804 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8805 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8806 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8807 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8809 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8810 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8812 @noindent
8813 @ignore
8814 @starindex
8815 @end ignore
8816 @tindex seq
8817 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8819 @smallexample
8820 @group
8821 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8822   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8823 @end group
8824 @end smallexample
8826 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8827 rules produces the following sequence of formulas:
8829 @example
8830 seq( 3, 1)
8831 seq(10, 2)
8832 seq( 5, 3)
8833 seq(16, 4)
8834 seq( 8, 5)
8835 seq( 4, 6)
8836 seq( 2, 7)
8837 seq( 1, 8)
8838 @end example
8840 @noindent
8841 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8843 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8845 @smallexample
8846 @group
8847 [ seq(n) := seq(n, 0),
8848   seq(1, c) := c,
8849   ... ]
8850 @end group
8851 @end smallexample
8853 @noindent
8854 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8855 as the result.
8857 The change to return a vector is quite simple:
8859 @smallexample
8860 @group
8861 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8862   seq(1, v) := v | 1,
8863   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8864   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8865 @end group
8866 @end smallexample
8868 @noindent
8869 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8871 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8872 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8873 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8874 initial value is suitable before the computation begins.
8876 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8877 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8878 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8879 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8880 apply and the rewrites will stop right away.
8882 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8883 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8885 @noindent
8886 @ignore
8887 @starindex
8888 @end ignore
8889 @tindex nterms
8890 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8891 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8892 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8894 @smallexample
8895 @group
8896 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8897   nterms(x)     := 1 ]
8898 @end group
8899 @end smallexample
8901 @noindent
8902 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8903 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8904 already know that @samp{x} is not a sum.
8906 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8907 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8909 @noindent
8910 Here is a rule set that will do the job:
8912 @smallexample
8913 @group
8914 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8915   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8916      :: constant(a) :: constant(b),
8917   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8918      :: constant(a) :: constant(b),
8919   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8920   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8921   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8922 @end group
8923 @end smallexample
8925 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8926 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8927 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8928 say, @code{O}, first.
8930 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8931 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8932 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8933 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8934 you if you put it into @code{EvalRules}!
8936 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8937 The optional constant coefficients are there mostly so that
8938 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8939 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8941 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8943 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8944 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8945 with @samp{a = 1/4}.)
8947 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8948 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8949 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8950 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8951 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8953 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8955 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8956 that represents truncated power series.  We might represent these as
8957 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8958 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8959 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8960 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8961 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8962 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8963 you could still enter power series in exactly the same notation as
8964 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8965 although the objects would be a bit harder to read.
8967 @c [fix-ref Compositions]
8968 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8969 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8970 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8971 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8972 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8973 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8974 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8975 objects have a special display format that makes them look like
8976 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8977 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8978 this it would probably be better to write the formatting routine
8979 in Lisp.)
8981 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8982 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8984 @noindent
8985 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8986 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8987 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8988 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8989 to be used within @code{ninteg}.
8991 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8992 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8994 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8995 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8997 @noindent
8998 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8999 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9001 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9002 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9004 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9005 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9006 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9008 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9009 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9011 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9012 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9014 @noindent
9015 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9016 algebraic entry, whichever way you prefer:
9018 @noindent
9019 Computing 
9020 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9021 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9023 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9025 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9027 @noindent
9028 Computing the logarithm:
9030 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9032 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9034 @noindent
9035 Computing the vector of integers:
9037 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9038 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9039 from the stack.)
9041 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9042 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9043 next command.)
9045 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9047 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9048 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9050 @noindent
9051 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9053 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9054 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9056 @smallexample
9057 @group
9058 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9059 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9060     .                                            .
9062    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9063 @end group
9064 @end smallexample
9066 @noindent
9067 This answer is quite accurate.
9069 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9070 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9072 @noindent
9073 Here is the matrix:
9075 @example
9076 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9077   [ 1, 1 ] ]
9078 @end example
9080 @noindent
9081 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9082 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9084 @example
9085 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9086 @end example
9088 @noindent
9089 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9090 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9091 @texline @math{\log_2 n}
9092 @infoline @expr{log(n,2)}
9093 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9094 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9095 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9096 required so many steps that it would not have been practical.
9098 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9099 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9101 @noindent
9102 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9103 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9104 a separate variable to hold the integer counter.
9106 @smallexample
9107 @group
9108 1:  1          2:  1       1:  .
9109     .          1:  4
9110                    .
9112     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9113 @end group
9114 @end smallexample
9116 @noindent
9117 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9118 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9119 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9120 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9121 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9122 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9123 loop counter exceeds 4.
9125 @smallexample
9126 @group
9127 2:  31                  3:  31
9128 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9129     .                   1:  4.02724519544
9130                             .
9132     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9133 @end group
9134 @end smallexample
9136 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9137 harmonic number is 4.02.
9139 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9140 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9142 @noindent
9143 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9144 the formula 
9145 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9146 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9148 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9149 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9150 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9151 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9152 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9153 just for purposes of illustration.)
9155 @smallexample
9156 @group
9157 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9158 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9159     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9160                                      .
9162 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9164 @end group
9165 @end smallexample
9166 @noindent
9167 @smallexample
9168 @group
9169 2:  4.5
9170 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9171     .
9173     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9174 @end group
9175 @end smallexample
9177 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9178 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9179 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9180 repetitions are done.)
9182 @smallexample
9183 @group
9184 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9185     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9186                 1:  4.5                         .
9187                     .
9189   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9190 @end group
9191 @end smallexample
9193 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9194 old one to see if we've converged.
9196 @smallexample
9197 @group
9198 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9199 2:  5.24196     1:  0               .               .
9200 1:  4.5             .
9201     .
9203   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9204 @end group
9205 @end smallexample
9207 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9208 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9210 @smallexample
9211 @group
9212 2:  5.26345856348
9213 1:  0.499999999997
9214     .
9216  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9217 @end group
9218 @end smallexample
9220 Let's test the new definition again:
9222 @smallexample
9223 @group
9224 2:  x^2 - 9           1:  3.
9225 1:  1                     .
9226     .
9228   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9229 @end group
9230 @end smallexample
9232 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9234 @example
9235 @group
9236 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9237            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9238                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9239               Z >
9240       Z '
9241 C-x )
9242 @end group
9243 @end example
9245 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9246 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9247 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9248 to see how to use it.
9250 @c [fix-ref Root Finding]
9251 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9252 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9253 @xref{Root Finding}.
9255 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9256 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9258 @noindent
9259 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9260 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9261 reduce the problem using 
9262 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9263 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9264 on to compute 
9265 @texline @math{\psi(z+1)},
9266 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9267 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9268 step is repeated until @expr{z > 5}.
9270 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9271 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9272 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9273 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9274 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9275 just for purposes of illustration.)
9277 @smallexample
9278 @group
9279 1:  1.             1:  1.
9280     .                  .
9282  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9283 @end group
9284 @end smallexample
9286 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9287 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9289 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9290 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9291 and will never converge because fractions compare equal only if they
9292 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9294 @smallexample
9295 @group
9296 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9297 2:  1.      1:  1            .
9298 1:  5           .
9299     .
9301   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9302 @end group
9303 @end smallexample
9305 Now we compute the initial part of the sum:  
9306 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9307 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9308 minus the adjustment factor.
9310 @smallexample
9311 @group
9312 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9313 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9314     .                      .
9316     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9317 @end group
9318 @end smallexample
9320 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9321 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9322 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9324 @smallexample
9325 @group
9326 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9327 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9328 1:  40            1:  2              2:  2                .
9329     .                 .              1:  36.
9330                                          .
9332    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9334 @end group
9335 @end smallexample
9336 @noindent
9337 @smallexample
9338 @group
9339 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9340 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9341 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9342     .                 .
9344   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9345 @end group
9346 @end smallexample
9348 This is the value of 
9349 @texline @math{-\gamma},
9350 @infoline @expr{- gamma}, 
9351 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9352 a higher precision:
9354 @smallexample
9355 @group
9356 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9357 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9359     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9360 @end group
9361 @end smallexample
9363 Here's the complete sequence of keystrokes:
9365 @example
9366 @group
9367 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9368            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9369            L r 1 2 * & - r 2 -
9370            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9371                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9372                   2  Z )
9373       Z '
9374 C-x )
9375 @end group
9376 @end example
9378 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9379 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9381 @noindent
9382 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9383 a term like 
9384 @texline @math{n x^{n-1}}.
9385 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9386 Taking the derivative of a constant
9387 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9388 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9389 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9391 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9392 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9393 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9394 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9395 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9396 just for purposes of illustration.)
9398 @smallexample
9399 @group
9400 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9401 1:  6                          2:  0
9402     .                          1:  6
9403                                    .
9405   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9406 @end group
9407 @end smallexample
9409 @noindent
9410 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9412 @smallexample
9413 @group
9414 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9415 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9416     .              1:  1                      .
9417                        .
9419    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9420 @end group
9421 @end smallexample
9423 @noindent
9424 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9425 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9426 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9428 @smallexample
9429 @group
9430 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9431     .                         .             .
9433     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9434 @end group
9435 @end smallexample
9437 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9438 against a table of powers of @expr{x}.
9440 @smallexample
9441 @group
9442 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9443 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9444     .                            .
9446     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9448 @end group
9449 @end smallexample
9450 @noindent
9451 @smallexample
9452 @group
9453 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9454 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9455     .
9457     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9458 @end group
9459 @end smallexample
9461 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9463 @example
9464 @group
9465 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9466            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9467                 a d x @key{RET}
9468          1 Z ) r 1
9469       Z '
9470 C-x )
9472 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9473 @end group
9474 @end example
9476 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9477 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9479 @noindent
9480 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9481 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9482 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9483 sure the stack comes out right.
9485 @smallexample
9486 @group
9487 2:  4          1:  4                         2:  4
9488 1:  2              .                         1:  2
9489     .                                            .
9491   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9492 @end group
9493 @end smallexample
9495 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9496 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9497 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9498 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9500 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9501 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9503 @smallexample
9504 @group
9505 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9506 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9507     .        2:  4       1:  0           .
9508              1:  2           .
9509                  .
9511   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9513 @end group
9514 @end smallexample
9515 @noindent
9516 @smallexample
9517 @group
9518 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9519 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9520 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9521 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9522     .                                                .        .
9524   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9525 @end group
9526 @end smallexample
9528 @noindent
9529 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9530 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9532 @smallexample
9533 @group
9534 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9535 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9536 1:  2               2:  3           1:  3           .
9537     .               1:  2               .
9538                         .
9540  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9542 @end group
9543 @end smallexample
9544 @noindent
9545 @smallexample
9546 @group
9547 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9548     .                           1:  2              .       1:  11
9549                                     .                          .
9551   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9552 @end group
9553 @end smallexample
9555 Even though the result that we got during the definition was highly
9556 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9557 the right answers.
9559 Here's the full program once again:
9561 @example
9562 @group
9563 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9564        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9565        Z :  @key{RET} 0 a =
9566             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9567             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9568                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9569             Z ]
9570        Z ]
9571 C-x )
9572 @end group
9573 @end example
9575 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9576 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9577 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9578 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9579 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9581 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9582 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9584 @noindent
9585 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9586 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9588 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9589 Stirling numbers in a convenient variable:
9591 @smallexample
9592 s e StirlingRules @key{RET}
9593 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9594   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9595   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9596 C-c C-c
9597 @end smallexample
9599 Now, it's just a matter of applying the rules:
9601 @smallexample
9602 @group
9603 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9604 1:  2              .                        .
9605     .
9607   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9608 @end group
9609 @end smallexample
9611 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9612 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9613 the last rule.
9615 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9616 @tex
9617 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9618 @end tex
9620 @c [reference]
9622 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9623 @chapter Introduction
9625 @noindent
9626 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9627 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9628 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9630 @c [when-split]
9631 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9633 @menu
9634 * Basic Commands::
9635 * Help Commands::
9636 * Stack Basics::
9637 * Numeric Entry::
9638 * Algebraic Entry::
9639 * Quick Calculator::
9640 * Prefix Arguments::
9641 * Undo::
9642 * Error Messages::
9643 * Multiple Calculators::
9644 * Troubleshooting Commands::
9645 @end menu
9647 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9648 @section Basic Commands
9650 @noindent
9651 @pindex calc
9652 @pindex calc-mode
9653 @cindex Starting the Calculator
9654 @cindex Running the Calculator
9655 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9656 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9657 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9658 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9659 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9660 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9661 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9662 list of the results of all calculations that have been done.  The
9663 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9664 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9665 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9666 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9668 @kindex C-x * c
9669 @kindex C-x * *
9670 @ignore
9671 @mindex @null
9672 @end ignore
9673 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9674 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
9675 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9676 in its Keypad mode.
9678 @kindex x
9679 @kindex M-x
9680 @pindex calc-execute-extended-command
9681 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9682 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9683 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9684 key (@code{calc-execute-extended-command})
9685 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9686 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9687 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9689 Although Calc is designed to be used from the keyboard, some of
9690 Calc's more common commands are available from a menu.  In the menu, the
9691 arguments to the functions are given by referring to their stack level
9692 numbers.
9694 @cindex Extensions module
9695 @cindex @file{calc-ext} module
9696 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9697 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9698 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9699 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9700 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9701 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9702 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9703 extension module automatically, you can force it to load all the
9704 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9705 command.  @xref{Mode Settings}.
9707 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9708 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9709 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9710 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9711 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9712 to auto-load the Calculator.
9714 @kindex C-x * b
9715 @pindex full-calc
9716 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9717 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9718 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9719 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9720 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9721 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9722 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9724 @kindex C-x * o
9725 @pindex calc-other-window
9726 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9727 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9728 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9729 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9730 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9731 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9733 @ignore
9734 @mindex C-x * q
9735 @end ignore
9736 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9737 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9738 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9739 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9741 @ignore
9742 @mindex C-x * k
9743 @end ignore
9744 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9745 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9746 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9747 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9749 @kindex q
9750 @pindex calc-quit
9751 @cindex Quitting the Calculator
9752 @cindex Exiting the Calculator
9753 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9754 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9755 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9756 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9757 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9758 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9759 Calculator on and off.
9761 @kindex C-x * x
9762 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9763 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9764 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9766 @kindex d @key{SPC}
9767 @pindex calc-refresh
9768 @cindex Refreshing a garbled display
9769 @cindex Garbled displays, refreshing
9770 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9771 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9772 buffer have been damaged somehow.
9774 @ignore
9775 @mindex o
9776 @end ignore
9777 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9778 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9780 @kindex <
9781 @kindex >
9782 @pindex calc-scroll-left
9783 @pindex calc-scroll-right
9784 @cindex Horizontal scrolling
9785 @cindex Scrolling
9786 @cindex Wide text, scrolling
9787 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9788 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9789 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9790 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9791 window whenever it can.)
9793 @kindex @{
9794 @kindex @}
9795 @pindex calc-scroll-down
9796 @pindex calc-scroll-up
9797 @cindex Vertical scrolling
9798 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9799 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9800 height of the Calc window.
9802 @kindex C-x * 0
9803 @pindex calc-reset
9804 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9805 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9806 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9807 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9808 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9809 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9810 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9811 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9812 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9813 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9814 stack but resets everything else to its default state.
9816 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9817 @section Help Commands
9819 @noindent
9820 @cindex Help commands
9821 @kindex ?
9822 @kindex a ?
9823 @kindex b ?
9824 @kindex c ?
9825 @kindex d ?
9826 @kindex f ?
9827 @kindex g ?
9828 @kindex j ?
9829 @kindex k ?
9830 @kindex m ?
9831 @kindex r ?
9832 @kindex s ?
9833 @kindex t ?
9834 @kindex u ?
9835 @kindex v ?
9836 @kindex V ?
9837 @kindex z ?
9838 @kindex Z ?
9839 @pindex calc-help
9840 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9841 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9842 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9843 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9844 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9845 to see additional commands for that prefix.)
9847 @kindex h h
9848 @pindex calc-full-help
9849 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9850 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9851 summary of Calc keystrokes.
9853 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9854 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9855 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9857 @kindex h i
9858 @kindex C-x * i
9859 @kindex i
9860 @pindex calc-info
9861 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9862 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9863 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9864 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9865 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9866 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9867 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9868 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9869 different command in a future version of Calc.
9871 @kindex h t
9872 @kindex C-x * t
9873 @pindex calc-tutorial
9874 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9875 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9876 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9877 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9878 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9879 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9880 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9881 all times).
9883 @kindex h s
9884 @kindex C-x * s
9885 @pindex calc-info-summary
9886 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9887 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9888 key is equivalent to @kbd{h s}.
9890 @kindex h k
9891 @pindex calc-describe-key
9892 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9893 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9894 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9895 command.  This works by looking up the textual description of
9896 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9897 node indicated by the index.
9899 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9900 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9901 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9902 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9904 @kindex h c
9905 @pindex calc-describe-key-briefly
9906 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9907 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9908 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9909 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9910 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9911 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9912 gives the description:
9914 @smallexample
9915 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9916 @end smallexample
9918 @noindent
9919 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9920 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9921 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9922 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9923 additional notes from the summary that apply to this command.
9925 @kindex h f
9926 @pindex calc-describe-function
9927 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9928 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9929 algebraic function name to look up that function in the Function
9930 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
9931 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9932 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
9933 @samp{=>}.
9935 @kindex h v
9936 @pindex calc-describe-variable
9937 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9938 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9939 @code{PlotRejects}.
9941 @kindex h b
9942 @pindex describe-bindings
9943 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9944 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9945 listed.
9947 @kindex h n
9948 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9949 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9950 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9951 source files.
9953 @kindex h C-c
9954 @kindex h C-d
9955 @kindex h C-w
9956 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9957 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9958 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9959 Bugs'' sections of the manual.
9961 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9962 @section Stack Basics
9964 @noindent
9965 @cindex Stack basics
9966 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9967 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9968 Tutorial}.
9970 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9971 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9972 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9973 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9974 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9975 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9976 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9977 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9979 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9980 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9981 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9982 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9983 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9984 @pxref{Truncating the Stack}.
9986 @kindex d l
9987 @pindex calc-line-numbering
9988 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9989 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9990 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9991 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9992 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9994 @kindex o
9995 @pindex calc-realign
9996 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9997 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9998 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9999 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10001 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10002 two consecutive numbers.
10003 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10004 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10005 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10006 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
10008 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10009 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10010 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10011 commands.
10013 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10014 @section Numeric Entry
10016 @noindent
10017 @kindex 0-9
10018 @kindex .
10019 @kindex e
10020 @cindex Numeric entry
10021 @cindex Entering numbers
10022 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10023 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10024 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10025 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10026 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10028 @cindex Minus signs
10029 @cindex Negative numbers, entering
10030 @kindex _
10031 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10032 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10033 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10034 different keys for these operations, respectively:
10035 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10036 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10037 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10038 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10039 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10040 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10041 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10043 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10044 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10045 These notations are described later in this manual with the corresponding
10046 data types.  @xref{Data Types}.
10048 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10050 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10051 @section Algebraic Entry
10053 @noindent
10054 @kindex '
10055 @pindex calc-algebraic-entry
10056 @cindex Algebraic notation
10057 @cindex Formulas, entering
10058 The @kbd{'} (@code{calc-algebraic-entry}) command can be used to enter
10059 calculations in algebraic form.  This is accomplished by typing the
10060 apostrophe key, ', followed by the expression in standard format:  
10062 @example
10063 ' 2+3*4 @key{RET}.
10064 @end example
10066 @noindent
10067 This will compute
10068 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10069 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10070 and push it on the stack.  If you wish you can
10071 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10072 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10073 clear previous results off the stack.
10075 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10076 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do
10077 this would be to fix a typo, as the full Emacs cursor motion and editing
10078 keys are available during algebraic entry but not during numeric entry.
10080 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10081 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10082 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10083 @xref{Editing Stack Entries}.
10085 @kindex m a
10086 @pindex calc-algebraic-mode
10087 @cindex Algebraic Mode
10088 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10089 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10090 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10091 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10092 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10093 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10094 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10095 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10096 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10098 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10099 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10100 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10101 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10102 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10104 @kindex m t
10105 @pindex calc-total-algebraic-mode
10106 @cindex Total Algebraic Mode
10107 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10108 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10109 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10110 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10111 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10112 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10113 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10114 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10115 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10116 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10117 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10119 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10120 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10121 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10123 @kindex $
10124 @cindex Formulas, referring to stack
10125 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10126 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10127 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10128 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10129 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10130 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10131 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10132 first character in the new formula.
10134 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10135 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10136 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10137 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10138 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10139 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10140 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10142 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10143 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10144 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10145 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10146 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10147 on the stack and pushes an additional 6.
10149 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10150 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10151 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10152 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10153 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10154 @key{TAB} key.
10156 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10157 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10158 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10159 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10161 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10162 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10163 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10164 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10165 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10166 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10168 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10169 @section ``Quick Calculator'' Mode
10171 @noindent
10172 @kindex C-x * q
10173 @pindex quick-calc
10174 @cindex Quick Calculator
10175 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10176 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10177 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10178 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10179 area, without ever actually putting up a Calc window.
10181 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10182 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10183 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10184 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10185 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10186 @samp{$} as the formula.
10188 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10189 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10190 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10191 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10192 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10193 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10194 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10195 the regular @kbd{p} command.
10197 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10198 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10200 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10201 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10202 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10203 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10204 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10205 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10207 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10208 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10209 buffer rather than going into the kill ring.
10211 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10212 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10213 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10214 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10215 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10216 @xref{Store and Recall}.
10218 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10219 the number will also be displayed in hex, octal and binary formats.  If
10220 the integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10221 an ASCII character.
10223 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10224 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10225 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10226 is displayed only according to the current mode settings.  But
10227 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10228 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10229 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10231 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10232 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10233 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10234 small calculations.
10236 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10237 @section Numeric Prefix Arguments
10239 @noindent
10240 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10241 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10242 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10243 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10244 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10246 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10247 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10248 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10249 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10250 on the entire stack.
10252 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10253 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10254 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10255 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10256 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10257 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10258 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10259 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10260 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10261 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10262 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10263 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10264 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10265 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10266 argument for some other purpose.
10268 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10269 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10270 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10271 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10273 @kindex ~
10274 @pindex calc-num-prefix
10275 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10276 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10277 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10278 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10279 to the fourth power and set the precision to that value.
10281 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10282 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10284 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10285 @section Undoing Mistakes
10287 @noindent
10288 @kindex U
10289 @kindex C-_
10290 @pindex calc-undo
10291 @cindex Mistakes, undoing
10292 @cindex Undoing mistakes
10293 @cindex Errors, undoing
10294 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10295 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10296 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10297 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10298 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10299 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10300 specified number of operations.  When the Calculator is quit, as with
10301 the @kbd{q} (@code{calc-quit}) command, the undo history will be
10302 truncated to the length of the customizable variable
10303 @code{calc-undo-length} (@pxref{Customizing Calc}), which by default
10304 is @expr{100}. (Recall that @kbd{C-x * c} is synonymous with
10305 @code{calc-quit} while inside the Calculator; this also truncates the
10306 undo history.)
10308 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10309 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10310 will need to reset the mode yourself.
10312 @kindex D
10313 @pindex calc-redo
10314 @cindex Redoing after an Undo
10315 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10316 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10317 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10318 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10319 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10320 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10321 any other change, then it will be too late to redo.
10323 @kindex M-@key{RET}
10324 @pindex calc-last-args
10325 @cindex Last-arguments feature
10326 @cindex Arguments, restoring
10327 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10328 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10329 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10330 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10331 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10332 onto the stack.
10334 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10335 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10337 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10338 @xref{Trail Commands}.
10340 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10342 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10343 @section Error Messages
10345 @noindent
10346 @kindex w
10347 @pindex calc-why
10348 @cindex Errors, messages
10349 @cindex Why did an error occur?
10350 Many situations that would produce an error message in other calculators
10351 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10352 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10353 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10354 reasons for this to happen.
10356 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10357 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10358 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10359 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10360 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10361 the same computation results in several messages.  (The first message
10362 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10364 @kindex d w
10365 @pindex calc-auto-why
10366 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10367 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10368 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10369 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10370 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10371 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10373 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10374 @section Multiple Calculators
10376 @noindent
10377 @pindex another-calc
10378 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10379 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10380 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10381 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10382 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10383 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10384 this would ordinarily never be done.
10386 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10387 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10388 Calculator buffer.
10390 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10391 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10392 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10393 global default values of these variables are used only when a new
10394 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10395 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10397 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10398 Calculator buffers.
10400 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10401 @section Troubleshooting Commands
10403 @noindent
10404 This section describes commands you can use in case a computation
10405 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10407 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10408 to a bug or deficiency in Calc.
10410 @menu
10411 * Autoloading Problems::
10412 * Recursion Depth::
10413 * Caches::
10414 * Debugging Calc::
10415 @end menu
10417 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10418 @subsection Autoloading Problems
10420 @noindent
10421 The Calc program is split into many component files; components are
10422 loaded automatically as you use various commands that require them.
10423 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10424 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10425 work because some function you've never heard of was undefined.
10427 @kindex C-x * L
10428 @pindex calc-load-everything
10429 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10430 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10431 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10432 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10434 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10435 @subsection Recursion Depth
10437 @noindent
10438 @kindex M
10439 @kindex I M
10440 @pindex calc-more-recursion-depth
10441 @pindex calc-less-recursion-depth
10442 @cindex Recursion depth
10443 @cindex ``Computation got stuck'' message
10444 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10445 @cindex @code{max-specpdl-size}
10446 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10447 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10448 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10449 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10450 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10451 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10452 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10454 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10455 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10456 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10457 The default value is 1000.
10459 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10460 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10462 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10463 @subsection Caches
10465 @noindent
10466 @cindex Caches
10467 @cindex Flushing caches
10468 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10469 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10470 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10471 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10472 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10473 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10474 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10475 @cpiover{4} and 
10476 @texline @math{\ln 2}.
10477 @infoline @expr{ln(2)}.  
10478 The visible effect of caching is that
10479 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10480 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10481 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10482 data points computed by the graphing commands.
10484 @pindex calc-flush-caches
10485 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10486 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10487 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10488 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10489 with all other aspects of the Calculator's state.
10491 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10492 @subsection Debugging Calc
10494 @noindent
10495 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10496 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10497 your own Calc commands.
10499 @kindex Z T
10500 @pindex calc-timing
10501 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10502 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10503 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10504 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10505 accurate only to within one second.
10507 All steps of executing a command are included; in particular, time
10508 taken to format the result for display in the stack and trail is
10509 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10510 be answered, while others do not; this depends on the exact
10511 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10512 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10513 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10514 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10515 to execute the whole macro.
10517 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10518 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10519 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10520 that may take a long time to format and you don't wish to count
10521 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10522 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10523 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10525 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10526 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10527 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10528 This generally prevents garbage collection during the timing of
10529 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10530 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10531 factor in the timing of Emacs operations.)
10533 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10534 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10535 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10536 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10537 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10538 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10539 in the handler itself rather than at the true location of the
10540 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10541 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10542 will be lost.
10544 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10545 @chapter Data Types
10547 @noindent
10548 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10549 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10550 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10551 types are represented as underlying Lisp objects.)
10553 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10554 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10555 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10556 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10557 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10558 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10559 matrices, or algebraic formulas.
10561 @menu
10562 * Integers::                The most basic data type.
10563 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10564 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10565 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10566 * Infinities::
10567 * Vectors and Matrices::
10568 * Strings::
10569 * HMS Forms::
10570 * Date Forms::
10571 * Modulo Forms::
10572 * Error Forms::
10573 * Interval Forms::
10574 * Incomplete Objects::
10575 * Variables::
10576 * Formulas::
10577 @end menu
10579 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10580 @section Integers
10582 @noindent
10583 @cindex Integers
10584 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10585 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10586 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10587 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10588 floating-point form according to the current Fraction mode.
10589 @xref{Fraction Mode}.)
10591 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10592 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10593 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10594 must not type commas during the entry of numbers.
10596 @kindex #
10597 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10598 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10599 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10600 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10601 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10602 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10603 number, the current display radix is used.
10605 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10606 @section Fractions
10608 @noindent
10609 @cindex Fractions
10610 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10611 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10612 performs RPN division; the following two sequences push the number
10613 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10614 assuming Fraction mode has been enabled.)
10615 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10616 simplest form, which may in fact be an integer.
10618 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10619 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10620 display formats.
10622 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10623 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10624 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10626 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10627 @section Floats
10629 @noindent
10630 @cindex Floating-point numbers
10631 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10632 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10633 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10634 range of acceptable values is from 
10635 @texline @math{10^{-3999999}}
10636 @infoline @expr{10^-3999999} 
10637 (inclusive) to 
10638 @texline @math{10^{4000000}}
10639 @infoline @expr{10^4000000}
10640 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10642 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10643 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10644 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10645 indicate that during the calculation a number would have been produced
10646 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10647 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10648 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10649 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10650 would have overflowed!)
10652 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10653 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10654 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10655 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10657 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10658 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10659 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10660 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10661 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10662 or 0.235.
10664 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10665 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10666 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10667 available.  @xref{Float Formats}.
10669 @cindex Accuracy of calculations
10670 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10671 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10672 number of significant digits specified by the current precision,
10673 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10674 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10675 as square roots and transcendental functions are performed with several
10676 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10677 final result accurate to the full requested precision.  However,
10678 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10679 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10680 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10681 way.
10683 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10684 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10685 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10686 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10687 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10688 current precison.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10689 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10690 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10691 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10692 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10693 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10694 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10695 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10696 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10697 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10698 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10700 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10701 @section Complex Numbers
10703 @noindent
10704 @cindex Complex numbers
10705 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10706 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10707 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10708 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10709 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10710 notation; @pxref{Complex Formats}.
10712 Polar complex numbers are displayed in the form 
10713 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10714 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10715 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10716 @texline @math{\theta}
10717 @infoline @var{theta} 
10718 is the argument or phase angle.  The range of 
10719 @texline @math{\theta}
10720 @infoline @var{theta} 
10721 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10722 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10723 in radians. 
10725 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10726 @xref{Incomplete Objects}.
10728 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10729 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10730 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10731 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10732 type.  @xref{Polar Mode}.
10734 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10735 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10736 number.
10738 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10739 @section Infinities
10741 @noindent
10742 @cindex Infinity
10743 @cindex @code{inf} variable
10744 @cindex @code{uinf} variable
10745 @cindex @code{nan} variable
10746 @vindex inf
10747 @vindex uinf
10748 @vindex nan
10749 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10750 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10751 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10752 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10753 names for your own variables because Calc gives them special
10754 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10755 entered using algebraic entry.
10757 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10758 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10759 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10760 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10761 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10762 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10763 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10764 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10765 @texline @math{e^x}
10766 @infoline @expr{exp(x)} 
10767 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10768 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10769 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10770 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10772 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10773 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10774 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10775 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10776 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10777 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10778 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10779 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10780 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10781 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10782 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10784 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10785 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10786 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10787 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10788 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10789 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10790 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10791 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10792 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10793 some cases.
10795 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10796 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10797 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10798 adding a finite number like five to it does not affect it.
10799 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10800 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10801 Just to show that infinities really are all the same size,
10802 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10803 notation.
10805 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10806 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10807 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10808 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10809 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10810 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10811 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10812 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10813 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10814 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10815 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10816 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10817 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10818 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10819 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10820 (as described above).
10822 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10823 @xref{Interval Forms}.
10825 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10826 @section Vectors and Matrices
10828 @noindent
10829 @cindex Vectors
10830 @cindex Plain vectors
10831 @cindex Matrices
10832 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10833 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10834 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10835 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10836 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10838 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10839 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10840 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10841 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10842 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10843 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10844 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10845 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10846 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10847 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10848 this case.
10850 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10851 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10852 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10853 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10854 of its elements.
10856 @ignore
10857 @starindex
10858 @end ignore
10859 @tindex vec
10860 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10861 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
10862 @texline @math{n\times m}
10863 @infoline @var{n}x@var{m}
10864 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10865 from 1 to @samp{n}.
10867 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10868 @section Strings
10870 @noindent
10871 @kindex "
10872 @cindex Strings
10873 @cindex Character strings
10874 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10875 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10876 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10877 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10878 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10879 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10881 @example
10882 @group
10883 \a     7          \^@@    0
10884 \b     8          \^a-z  1-26
10885 \e     27         \^[    27
10886 \f     12         \^\\   28
10887 \n     10         \^]    29
10888 \r     13         \^^    30
10889 \t     9          \^_    31
10890                   \^?    127
10891 @end group
10892 @end example
10894 @noindent
10895 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10896 character from its ASCII code.
10898 @kindex d "
10899 @pindex calc-display-strings
10900 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10901 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10902 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10903 instead.
10905 The backslash notations shown above are also used for displaying
10906 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10907 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10908 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10909 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10910 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10912 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10913 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10914 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10916 @ignore
10917 @starindex
10918 @end ignore
10919 @tindex string
10920 There is a @code{string} function which provides a different display
10921 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10922 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10923 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10924 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10925 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10926 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10927 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10928 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10930 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10931 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10932 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10933 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10935 @ignore
10936 @starindex
10937 @end ignore
10938 @tindex bstring
10939 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10940 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10941 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10942 character in the string.
10944 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10945 @section HMS Forms
10947 @noindent
10948 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10949 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10950 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10951 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10952 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10953 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10954 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10955 degrees, minutes, and seconds.
10957 @kindex @@
10958 @ignore
10959 @mindex @null
10960 @end ignore
10961 @kindex ' (HMS forms)
10962 @ignore
10963 @mindex @null
10964 @end ignore
10965 @kindex " (HMS forms)
10966 @ignore
10967 @mindex @null
10968 @end ignore
10969 @kindex h (HMS forms)
10970 @ignore
10971 @mindex @null
10972 @end ignore
10973 @kindex o (HMS forms)
10974 @ignore
10975 @mindex @null
10976 @end ignore
10977 @kindex m (HMS forms)
10978 @ignore
10979 @mindex @null
10980 @end ignore
10981 @kindex s (HMS forms)
10982 The default format for HMS values is
10983 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10984 @samp{h} (for ``hours'') or
10985 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10986 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10987 accepted in place of @samp{"}.
10988 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10989 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10990 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10991 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10992 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10993 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10994 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10996 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10997 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10998 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10999 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11001 @pindex calc-time
11002 @cindex Time of day
11003 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11004 the stack as an HMS form.
11006 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11007 @section Date Forms
11009 @noindent
11010 @cindex Date forms
11011 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11012 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11013 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11014 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11015 computes the number of days between them (represented as a simple
11016 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11017 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11019 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11020 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11021 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11022 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11023 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11025 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11026 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11027 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11028 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11029 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11030 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11031 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11032 time can be stored without roundoff error.
11034 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11035 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11036 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11037 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11038 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11039 if astronomically high years are used, though this will not be an
11040 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11041 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11042 never an issue for them.
11044 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11045 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11046 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11048 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11049 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11050 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11051 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11052 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11054 @cindex Julian calendar
11055 @cindex Gregorian calendar
11056 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11057 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11058 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11059 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11060 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11061 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11062 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11063 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11064 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11065 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11066 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11067 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11068 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11069 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11070 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11071 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11072 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11073 To take another example, Russia waited until 1918 before
11074 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11075 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11076 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11077 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11079 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11080 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11081 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11082 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11083 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11085 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11086 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11087 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11088 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11090 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11091 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11092 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11094 @cindex Julian day counting
11095 Another day counting system in common use is, confusingly, also called
11096 ``Julian.''  The Julian day number is the numbers of days since
11097 12:00 noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC, which in Calc's scheme (in GMT)
11098 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11099 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by unpacking a
11100 date form into a Julian day number, simply add 1721423.5 after
11101 compensating for the time zone difference.  The built-in @kbd{t J}
11102 command performs this conversion for you.
11104 The Julian day number is based on the Julian cycle, which was invented
11105 in 1583 by Joseph Justus Scaliger.  Scaliger named it the Julian cycle
11106 since it involves the Julian calendar, but some have suggested that
11107 Scaliger named it in honor of his father, Julius Caesar Scaliger.  The
11108 Julian cycle is based on three other cycles: the indiction cycle, the
11109 Metonic cycle, and the solar cycle.  The indiction cycle is a 15 year
11110 cycle originally used by the Romans for tax purposes but later used to
11111 date medieval documents.  The Metonic cycle is a 19 year cycle; 19
11112 years is close to being a common multiple of a solar year and a lunar
11113 month, and so every 19 years the phases of the moon will occur on the
11114 same days of the year.  The solar cycle is a 28 year cycle; the Julian
11115 calendar repeats itself every 28 years.  The smallest time period
11116 which contains multiples of all three cycles is the least common
11117 multiple of 15 years, 19 years and 28 years, which (since they're
11118 pairwise relatively prime) is
11119 @texline @math{15\times 19\times 28 = 7980} years.
11120 @infoline 15*19*28 = 7980 years.
11121 This is the length of a Julian cycle.  Working backwards, the previous
11122 year in which all three cycles began was 4713 BC, and so Scalinger
11123 chose that year as the beginning of a Julian cycle.  Since at the time
11124 there were no historical records from before 4713 BC, using this year
11125 as a starting point had the advantage of avoiding negative year
11126 numbers.  In 1849, the astronomer John Herschel (son of William
11127 Herschel) suggested using the number of days since the beginning of
11128 the Julian cycle as an astronomical dating system; this idea was taken
11129 up by other astronomers.  (At the time, noon was the start of the
11130 astronomical day.  Herschel originally suggested counting the days
11131 since Jan 1, 4713 BC at noon Alexandria time; this was later amended to
11132 noon GMT.)  Julian day numbering is largely used in astronomy.
11134 @cindex Unix time format
11135 The Unix operating system measures time as an integer number of
11136 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11137 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11138 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11139 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11140 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11141 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11142 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11143 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11144 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11145 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11146 for California time.  The same is usually true of Julian day
11147 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11148 conversions.
11150 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11151 @section Modulo Forms
11153 @noindent
11154 @cindex Modulo forms
11155 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11156 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11157 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11158 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11159 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11160 @texline @math{0 \le a < M}.
11161 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11162 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11163 integers but this is not required.
11165 @ignore
11166 @mindex M
11167 @end ignore
11168 @kindex M (modulo forms)
11169 @ignore
11170 @mindex mod
11171 @end ignore
11172 @tindex mod (operator)
11173 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11174 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11175 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11176 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11177 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11178 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11180 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11181 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11182 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11183 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11184 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11185 the result always lies in the desired range.
11187 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11188 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11189 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11190 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11191 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11192 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11193 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11194 actually computing the power and then reducing.)
11196 @cindex Modulo division
11197 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11198 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11199 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11200 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11201 there is no solution to this equation (which can happen only when
11202 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11203 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11204 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11205 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11206 in the sense of reducing 
11207 @texline @math{\sqrt a}
11208 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11209 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11210 number-theoretical point of view.)
11212 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11213 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11214 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11215 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11216 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11217 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11218 24 radians!
11220 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11221 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11222 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11224 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11225 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11227 @ignore
11228 @starindex
11229 @end ignore
11230 @tindex makemod
11231 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11232 @w{@samp{a mod m}}.
11234 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11235 @section Error Forms
11237 @noindent
11238 @cindex Error forms
11239 @cindex Standard deviations
11240 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11241 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11242 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11243 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11244 stands for an uncertain value which follows
11245 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11246 deviation or ``error'' 
11247 @texline @math{\sigma}.
11248 @infoline @expr{sigma}.
11249 Both the mean and the error can be either numbers or
11250 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11251 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11252 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11253 regular number by the Calculator.
11255 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11256 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11257 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11258 @texline @math{\sin x}
11259 @infoline @expr{sin(x)})
11260 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11261 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11262 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11263 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11264 @tex
11265 $$ \eqalign{
11266   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11267     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11268   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11269     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11270         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11271                              \right| \right)^2
11272              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11273                              \right| \right)^2 } \cr
11274 } $$
11275 @end tex
11276 Note that this
11277 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11278 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11279 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11280 of two independent values which happen to have the same probability
11281 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11282 The former will produce an answer with less error, since on the average
11283 the two independent errors can be expected to cancel out.
11285 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11286 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11287 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11288 are small.  As an example, the error arising from
11289 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11290 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11291 is 
11292 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11293 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11294 When @expr{x} is close to zero,
11295 @texline @math{\cos x}
11296 @infoline @expr{cos(x)} 
11297 is close to one so the error in the sine is close to 
11298 @texline @math{\sigma};
11299 @infoline @expr{sigma};
11300 this makes sense, since 
11301 @texline @math{\sin x}
11302 @infoline @expr{sin(x)} 
11303 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11304 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11305 @texline @math{\cos x}
11306 @infoline @expr{cos(x)} 
11307 is nearly zero and so the computed error is
11308 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11309 has relatively little effect on the value of 
11310 @texline @math{\sin x}.
11311 @infoline @expr{sin(x)}.  
11312 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11313 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11314 we have violated the small-error approximation underlying the error
11315 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11316 @texline @math{\sin x}
11317 @infoline @expr{sin(x)} 
11318 would indeed have been negligible.
11320 @ignore
11321 @mindex p
11322 @end ignore
11323 @kindex p (error forms)
11324 @tindex +/-
11325 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11326 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11327 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11328 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11329 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11331 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11332 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11333 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11334 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11335 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11336 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11337 considers an error form with real components to represent a real number,
11338 not a complex distribution around a real mean.
11340 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11341 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11343 @ignore
11344 @starindex
11345 @end ignore
11346 @tindex sdev
11347 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11349 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11350 @section Interval Forms
11352 @noindent
11353 @cindex Interval forms
11354 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11355 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11356 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11357 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11358 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11359 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11360 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11361 of the possible range of values a computation will produce, given the
11362 set of possible values of the input.
11364 @ifnottex
11365 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11366 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11367 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11368 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11369 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11370 terms,
11371 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11372 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11373 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11374 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11375 @end ifnottex
11376 @tex
11377 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11378 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11379 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11380 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11381 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11382 terms,
11383 $$ \eqalign{
11384    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11385    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11386    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11387    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11388 } $$
11389 @end tex
11391 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11392 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11393 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11394 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11395 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11396 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11397 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11398 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11399 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11400 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11401 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11402 the real infinities.
11404 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11405 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11406 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11407 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11408 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11409 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11410 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11412 Infinite mode also affects operations on intervals
11413 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11414 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11415 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11416 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11417 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11418 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11419 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11420 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11422 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11423 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11424 form 
11425 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11426 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11427 means a variable is random, and its value could
11428 be anything but is ``probably'' within one 
11429 @texline @math{\sigma} 
11430 @infoline @var{sigma} 
11431 of the mean value @expr{x}. An interval 
11432 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11433 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11434 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11435 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11436 answer.
11438 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11439 HMS forms or date forms.
11441 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11442 as subsets of the set of real numbers.
11444 @ignore
11445 @starindex
11446 @end ignore
11447 @tindex intv
11448 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11449 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11450 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11451 3 for @samp{[..]}.
11453 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11454 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11455 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11456 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11457 which means that roundoff errors could creep into an interval
11458 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11459 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11460 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11461 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11462 error.
11464 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11465 @section Incomplete Objects
11467 @noindent
11468 @ignore
11469 @mindex [ ]
11470 @end ignore
11471 @kindex [
11472 @ignore
11473 @mindex ( )
11474 @end ignore
11475 @kindex (
11476 @kindex ,
11477 @ignore
11478 @mindex @null
11479 @end ignore
11480 @kindex ]
11481 @ignore
11482 @mindex @null
11483 @end ignore
11484 @kindex )
11485 @cindex Incomplete vectors
11486 @cindex Incomplete complex numbers
11487 @cindex Incomplete interval forms
11488 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11489 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11490 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11491 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11492 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11493 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11495 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11496 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11497 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11499 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11500 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11501 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11502 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11504 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11505 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11506 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11507 from the list.
11509 @kindex ;
11510 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11511 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11512 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11513 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11515 @kindex ..
11516 @pindex calc-dots
11517 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11518 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11519 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11520 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11521 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11522 the @code{calc-dots} command.
11524 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11525 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11527 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11528 @section Variables
11530 @noindent
11531 @cindex Variables, in formulas
11532 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11533 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11534 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11535 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11536 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11537 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11538 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11539 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11540 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11541 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11542 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11543 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11544 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11545 refer to the same variable.)
11547 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11548 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11549 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11550 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11551 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11552 @code{foo}.
11554 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11555 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11556 (@key{'}) key.
11558 @kindex =
11559 @pindex calc-evaluate
11560 @cindex Evaluation of variables in a formula
11561 @cindex Variables, evaluation
11562 @cindex Formulas, evaluation
11563 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11564 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11565 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11566 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11567 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11568 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11569 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11570 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11571 the @var{n}th stack entry.
11573 @cindex @code{e} variable
11574 @cindex @code{pi} variable
11575 @cindex @code{i} variable
11576 @cindex @code{phi} variable
11577 @cindex @code{gamma} variable
11578 @vindex e
11579 @vindex pi
11580 @vindex i
11581 @vindex phi
11582 @vindex gamma
11583 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11584 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11585 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11586 their values are calculated if necessary according to the current precision
11587 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11588 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11590 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11591 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11592 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11593 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11594 a value into any of these special variables.
11596 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11598 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11599 @section Formulas
11601 @noindent
11602 @cindex Formulas
11603 @cindex Expressions
11604 @cindex Operators in formulas
11605 @cindex Precedence of operators
11606 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11607 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11608 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11609 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11610 Parentheses may
11611 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11612 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11613 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11614 with their equivalent function names, are:
11616 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11618 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11620 prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11622 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11623 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11625 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11626 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11628 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11630 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x});
11632 @samp{*} [@code{mul}];
11634 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11635 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11637 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11639 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11641 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11642 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11644 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11646 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11648 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11650 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11652 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11654 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11656 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11658 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11660 @samp{=>} [@code{evalto}].
11662 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11663 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11664 @texline @math{a b \over c d}.
11665 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11667 @cindex Multiplication, implicit
11668 @cindex Implicit multiplication
11669 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11670 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11671 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11672 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11673 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11674 as in @samp{f(x)},
11675 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11676 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11677 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11678 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11679 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11681 @cindex Implicit comma in vectors
11682 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11683 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11684 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11685 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11686 to @samp{2*a*b + c*d}.
11687 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11688 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11689 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11690 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11691 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11693 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11694 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11695 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11696 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11697 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11698 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11699 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11700 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11701 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11702 @w{@samp{[(a b)]}}.
11704 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11705 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11706 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11707 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11709 @cindex Function call notation
11710 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11711 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11712 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11713 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11714 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11715 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11716 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11717 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11718 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11719 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11720 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11722 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11723 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11724 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11725 represent the same operation.
11727 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11728 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11729 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11730 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11731 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11732 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11733 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11735 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11736 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11737 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11738 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11740 @example
11741 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11742   c + d,
11743   %% last line is coming up:
11744   e + f ]
11745 @end example
11747 @noindent
11748 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11750 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11751 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11752 formats.
11754 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11756 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11757 @chapter Stack and Trail Commands
11759 @noindent
11760 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11761 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11762 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11764 @menu
11765 * Stack Manipulation::
11766 * Editing Stack Entries::
11767 * Trail Commands::
11768 * Keep Arguments::
11769 @end menu
11771 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11772 @section Stack Manipulation Commands
11774 @noindent
11775 @kindex @key{RET}
11776 @kindex @key{SPC}
11777 @pindex calc-enter
11778 @cindex Duplicating stack entries
11779 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11780 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11781 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11782 several elements at the top of the stack.
11783 Given a negative argument,
11784 these commands duplicate the specified element of the stack.
11785 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11786 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11787 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11788 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11789 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11790 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11792 @kindex @key{LFD}
11793 @pindex calc-over
11794 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11795 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11796 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11797 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11798 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11799 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11800 @samp{10 20 30 20}.
11802 @kindex @key{DEL}
11803 @kindex C-d
11804 @pindex calc-pop
11805 @cindex Removing stack entries
11806 @cindex Deleting stack entries
11807 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11808 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11809 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11810 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11811 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11812 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11813 stack is emptied.
11814 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11815 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11816 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11817 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11818 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11820 @kindex M-@key{DEL}
11821 @pindex calc-pop-above
11822 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11823 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11824 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11825 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11826 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11827 the third stack element.
11829 @kindex @key{TAB}
11830 @pindex calc-roll-down
11831 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11832 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11833 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11834 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11835 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11836 top-for-bottom.
11837 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11838 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11839 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11840 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11841 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11843 @kindex M-@key{TAB}
11844 @pindex calc-roll-up
11845 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11846 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11847 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11848 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11849 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11850 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11851 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11852 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11854 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11855 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11856 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11857 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11858 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11859 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11860 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11862 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11863 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11864 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11865 rotates the deepest stack element to be in level @var{n}, also
11866 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11868 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11869 any portion of a vector or formula on the stack.
11871 @kindex C-xC-t
11872 @pindex calc-transpose-lines
11873 @cindex Moving stack entries
11874 The command @kbd{C-x C-t} (@code{calc-transpose-lines}) will transpose
11875 the stack object determined by the point with the stack object at the
11876 next higher level. For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the
11877 stack and the point on the line containing @samp{30}, @kbd{C-x C-t}
11878 creates @samp{10 20 40 30 50}.  More generally, @kbd{C-x C-t} acts on
11879 the stack objects determined by the current point (and mark) similar
11880 to how the text-mode command @code{transpose-lines} acts on 
11881 lines.  With argument @var{n}, @kbd{C-x C-t} will move the stack object
11882 at the level above the current point and move it past N other objects;
11883 for example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack and the point on
11884 the line containing @samp{30}, @kbd{C-u 2 C-x C-t} creates 
11885 @samp{10 40 20 30 50}. With an argument of 0, @kbd{C-x C-t} will switch
11886 the stack objects at the levels determined by the point and the mark. 
11888 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11889 @section Editing Stack Entries
11891 @noindent
11892 @kindex `
11893 @pindex calc-edit
11894 @pindex calc-edit-finish
11895 @cindex Editing the stack with Emacs
11896 The @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary buffer
11897 (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using regular
11898 Emacs commands.  Note that @kbd{`} is a backquote, not a quote. With a
11899 numeric prefix argument, it edits the specified number of stack entries
11900 at once.  (An argument of zero edits the entire stack; a negative
11901 argument edits one specific stack entry.)
11903 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11904 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11905 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11906 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11907 might want to insert new lines into the editing buffer.
11909 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11910 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11911 original stack elements in the original buffer with these new values,
11912 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11913 continues to exist during editing, but for best results you should be
11914 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11915 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11917 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11918 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11919 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11920 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11922 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11923 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11924 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11925 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11926 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11927 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11928 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11929 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11930 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11932 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11933 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11934 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11935 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11936 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11938 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11939 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11940 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11942 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11943 @section Trail Commands
11945 @noindent
11946 @cindex Trail buffer
11947 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11948 beginning with the @kbd{t} prefix.
11950 @kindex t d
11951 @pindex calc-trail-display
11952 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11953 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11954 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11955 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11956 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11957 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11958 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11959 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11960 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11962 @kindex t i
11963 @pindex calc-trail-in
11964 @kindex t o
11965 @pindex calc-trail-out
11966 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11967 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11968 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11969 shown below are a more convenient way to move around in the
11970 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11971 in the Calculator window.
11973 @cindex Trail pointer
11974 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11975 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11976 before the selected number.  The following commands operate on the
11977 trail pointer in various ways.
11979 @kindex t y
11980 @pindex calc-trail-yank
11981 @cindex Retrieving previous results
11982 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11983 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11984 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11985 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11986 trail pointer.
11988 @kindex t <
11989 @pindex calc-trail-scroll-left
11990 @kindex t >
11991 @pindex calc-trail-scroll-right
11992 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11993 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11994 window left or right by one half of its width.
11996 @kindex t n
11997 @pindex calc-trail-next
11998 @kindex t p
11999 @pindex calc-trail-previous
12000 @kindex t f
12001 @pindex calc-trail-forward
12002 @kindex t b
12003 @pindex calc-trail-backward
12004 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12005 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12006 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12007 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12008 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12009 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
12011 @kindex t [
12012 @pindex calc-trail-first
12013 @kindex t ]
12014 @pindex calc-trail-last
12015 @kindex t h
12016 @pindex calc-trail-here
12017 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12018 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12019 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12020 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12021 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
12023 @kindex t s
12024 @pindex calc-trail-isearch-forward
12025 @kindex t r
12026 @pindex calc-trail-isearch-backward
12027 @ifnottex
12028 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12029 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12030 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12031 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12032 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12033 it was when the search began.
12034 @end ifnottex
12035 @tex
12036 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12037 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12038 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12039 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12040 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12041 it was when the search began.
12042 @end tex
12044 @kindex t m
12045 @pindex calc-trail-marker
12046 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12047 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12048 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12049 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12050 targets for later incremental searches in the trail.
12052 @kindex t k
12053 @pindex calc-trail-kill
12054 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12055 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12056 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12057 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12058 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12060 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12061 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12063 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
12064 @section Keep Arguments
12066 @noindent
12067 @kindex K
12068 @pindex calc-keep-args
12069 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12070 the following command.  It prevents that command from removing its
12071 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12072 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12073 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12075 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12076 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12077 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12078 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12079 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12080 simplified version of the formula onto the stack after the original
12081 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12082 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12083 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12084 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12085 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12086 extra work. 
12088 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12089 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12090 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12092 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12093 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12094 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12095 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12096 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12097 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12099 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12100 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12101 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12102 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12103 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12104 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12106 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12107 @chapter Mode Settings
12109 @noindent
12110 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12111 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12112 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12114 @menu
12115 * General Mode Commands::
12116 * Precision::
12117 * Inverse and Hyperbolic::
12118 * Calculation Modes::
12119 * Simplification Modes::
12120 * Declarations::
12121 * Display Modes::
12122 * Language Modes::
12123 * Modes Variable::
12124 * Calc Mode Line::
12125 @end menu
12127 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12128 @section General Mode Commands
12130 @noindent
12131 @kindex m m
12132 @pindex calc-save-modes
12133 @cindex Continuous memory
12134 @cindex Saving mode settings
12135 @cindex Permanent mode settings
12136 @cindex Calc init file, mode settings
12137 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12138 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12139 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12140 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12141 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12142 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12143 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12144 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12145 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12146 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12147 appended to the end of the file.
12149 @kindex m R
12150 @pindex calc-mode-record-mode
12151 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12152 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12153 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12154 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12155 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12156 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12157 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12158 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12160 @kindex m F
12161 @pindex calc-settings-file-name
12162 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12163 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12164 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12165 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12166 their default values, then settings from the file you named are loaded
12167 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12168 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12169 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12170 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12171 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12173 If the file name you give is your user init file (typically
12174 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12175 is because your user init file may contain other things you don't want
12176 to reread.  You can give 
12177 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12178 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12179 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12180 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12181 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12182 modes present in the file you were using before.
12184 @kindex m x
12185 @pindex calc-always-load-extensions
12186 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12187 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12188 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12189 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12190 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12191 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12192 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12194 @kindex m S
12195 @pindex calc-shift-prefix
12196 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12197 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12198 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12199 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12200 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12201 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12202 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12203 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12204 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12205 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12206 shifted-prefix mode.
12208 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12209 @section Precision
12211 @noindent
12212 @kindex p
12213 @pindex calc-precision
12214 @cindex Precision of calculations
12215 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12216 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12217 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12218 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12219 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12221 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12222 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12224 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12225 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12226 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12227 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12228 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12229 round values already on the stack, but those values will be rounded
12230 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12231 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12232 existing value to a new precision.
12234 @cindex Accuracy of calculations
12235 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12236 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12237 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12238 The precision is the total number of digits not counting leading
12239 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12240 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12241 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12242 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12243 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12244 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12245 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12246 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12248 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12249 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12250 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12251 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12252 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12253 of the numbers involved.
12255 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12256 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12257 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12258 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12259 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12260 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12262 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12263 issues.
12265 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12266 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12268 @noindent
12269 @kindex I
12270 @pindex calc-inverse
12271 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12272 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12273 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12274 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12275 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12277 @kindex H
12278 @pindex calc-hyperbolic
12279 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12280 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12281 If both of these flags are set at once, the effect will be
12282 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12283 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12284 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12286 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12287 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12288 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12289 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12291 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12292 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12293 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12294 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12295 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12296 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12297 subtract and keep arguments).
12299 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12300 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12302 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12303 @section Calculation Modes
12305 @noindent
12306 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12307 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12308 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12309 (@pxref{Algebraic Entry}).
12311 @menu
12312 * Angular Modes::
12313 * Polar Mode::
12314 * Fraction Mode::
12315 * Infinite Mode::
12316 * Symbolic Mode::
12317 * Matrix Mode::
12318 * Automatic Recomputation::
12319 * Working Message::
12320 @end menu
12322 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12323 @subsection Angular Modes
12325 @noindent
12326 @cindex Angular mode
12327 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12328 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12329 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12330 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12331 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12332 degrees-minutes-seconds.
12334 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12335 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12336 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12337 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12338 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12339 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12340 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12342 @kindex m r
12343 @pindex calc-radians-mode
12344 @kindex m d
12345 @pindex calc-degrees-mode
12346 @kindex m h
12347 @pindex calc-hms-mode
12348 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12349 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12350 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12351 The default angular mode is Degrees.
12353 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12354 @subsection Polar Mode
12356 @noindent
12357 @cindex Polar mode
12358 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12359 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12360 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12361 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12362 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12364 @kindex m p
12365 @pindex calc-polar-mode
12366 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12367 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12368 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12370 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12371 @subsection Fraction Mode
12373 @noindent
12374 @cindex Fraction mode
12375 @cindex Division of integers
12376 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12377 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12378 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12379 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12380 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12381 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12382 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12384 @kindex m f
12385 @pindex calc-frac-mode
12386 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12387 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12388 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12389 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12390 Float mode.
12392 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12393 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12394 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12396 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12397 @subsection Infinite Mode
12399 @noindent
12400 @cindex Infinite mode
12401 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12402 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12403 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12404 results.
12406 @kindex m i
12407 @pindex calc-infinite-mode
12408 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12409 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12410 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12411 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12412 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12413 will not be generated when Infinite mode is off.)
12415 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12416 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12417 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12418 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12419 functions can also return infinities in this mode; for example,
12420 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12421 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12422 this calculation has infinity as an input.
12424 @cindex Positive Infinite mode
12425 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12426 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12427 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12428 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12429 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12430 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12431 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12432 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12433 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12434 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12436 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12437 @subsection Symbolic Mode
12439 @noindent
12440 @cindex Symbolic mode
12441 @cindex Inexact results
12442 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12443 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12444 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12445 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12446 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12448 @kindex m s
12449 @pindex calc-symbolic-mode
12450 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12451 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12452 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12453 @samp{sqrt(2)}.
12455 @kindex N
12456 @pindex calc-eval-num
12457 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12458 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12459 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12460 Given a numeric prefix argument, it also
12461 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12462 of the command.
12464 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12465 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12466 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12467 variables.)
12469 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12470 @subsection Matrix and Scalar Modes
12472 @noindent
12473 @cindex Matrix mode
12474 @cindex Scalar mode
12475 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12476 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12477 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12478 modify its behavior around vectors in useful ways.
12480 @kindex m v
12481 @pindex calc-matrix-mode
12482 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12483 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12484 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12485 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12486 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12487 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12488 mode is that calculations that would normally produce constants like
12489 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12490 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12491 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12492 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12493 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12494 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12495 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12496 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12497 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12498 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12499 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12501 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12502 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12503 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12504 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12505 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12506 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12507 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12509 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12511 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12512 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12513 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12514 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12515 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12516 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12517 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12519 @cindex Declaring scalar variables
12520 Of course these modes are approximations to the true state of
12521 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12522 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12523 certain variables or functions to be scalar-valued.
12524 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12526 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12527 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12528 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12529 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12530 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12531 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12532 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12534 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12535 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12536 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12537 of the formula without affecting the rest just select that part,
12538 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12539 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12541 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12542 @subsection Automatic Recomputation
12544 @noindent
12545 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12546 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12547 whenever variable values or mode settings that might affect them
12548 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12550 @kindex m C
12551 @pindex calc-auto-recompute
12552 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12553 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12554 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12555 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12556 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12557 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12558 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12559 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12561 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12562 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12563 @xref{Embedded Mode}.
12565 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12566 @subsection Working Messages
12568 @noindent
12569 @cindex Performance
12570 @cindex Working messages
12571 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12572 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12573 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12574 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12575 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12576 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12577 be disabled if you find them distracting.
12579 @kindex m w
12580 @pindex calc-working
12581 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12582 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12583 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12584 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12585 the current mode.
12587 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12588 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12589 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12590 to turn the messages off.
12592 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12593 @section Simplification Modes
12595 @noindent
12596 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12597 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12598 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12599 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12600 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12601 are done by default but can be turned off when necessary.
12603 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12604 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12605 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12606 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12608 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12609 followed by a shifted letter.
12611 @kindex m O
12612 @pindex calc-no-simplify-mode
12613 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12614 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12615 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12616 in this mode.
12618 @kindex m N
12619 @pindex calc-num-simplify-mode
12620 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12621 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12622 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12623 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12624 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12625 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12626 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12627 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12628 error form or modulo form), or a vector all of whose
12629 elements are constant.
12631 @kindex m D
12632 @pindex calc-default-simplify-mode
12633 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12634 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12635 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12636 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12637 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12639 @kindex m B
12640 @pindex calc-bin-simplify-mode
12641 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12642 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12643 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12644 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12645 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12646 results (after the default simplifications) are left alone.
12648 @kindex m A
12649 @pindex calc-alg-simplify-mode
12650 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12651 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12652 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12653 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12655 @kindex m E
12656 @pindex calc-ext-simplify-mode
12657 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12658 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12659 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12661 @kindex m U
12662 @pindex calc-units-simplify-mode
12663 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12664 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12665 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12666 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12667 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12668 are simplified with their unit definitions in mind.
12670 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12671 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12672 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12673 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12674 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12676 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12677 @section Declarations
12679 @noindent
12680 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12681 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12682 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12683 take the fully general situation into account.
12685 @menu
12686 * Declaration Basics::
12687 * Kinds of Declarations::
12688 * Functions for Declarations::
12689 @end menu
12691 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12692 @subsection Declaration Basics
12694 @noindent
12695 @kindex s d
12696 @pindex calc-declare-variable
12697 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12698 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12699 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12700 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12701 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12702 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12703 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12705 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12706 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12707 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12708 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12709 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12710 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12711 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12712 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12714 @cindex @code{Decls} variable
12715 @vindex Decls
12716 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12717 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12718 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12719 vector of variables declared by that row, and the declaration
12720 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12721 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12722 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12723 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12724 permanently if you wish.
12726 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12727 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12728 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12729 command declares only variables, so if you wish to make a function
12730 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12732 For example, the declaration matrix
12734 @smallexample
12735 @group
12736 [ [ foo,       real       ]
12737   [ [j, k, n], int        ]
12738   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12739 @end group
12740 @end smallexample
12742 @noindent
12743 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12744 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12745 returns a real number in the interval shown.
12747 @vindex All
12748 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12749 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12750 It does not apply to function names.  For example, using the row
12751 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12752 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12753 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12754 response to the variable-name prompt.
12756 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12757 @subsection Kinds of Declarations
12759 @noindent
12760 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12761 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12762 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12763 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12764 for the variable.
12766 @smallexample
12767 @group
12768 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12769   [ b, [1 .. 5]        ]
12770   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12771 @end group
12772 @end smallexample
12774 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12775 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12776 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12777 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12778 nearly equivalent (see below).
12780 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12781 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12782 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12783 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12785 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12786 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12787 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12788 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12789 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12790 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12792 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12793 stored in a variable:
12795 @table @code
12796 @item int
12797 Integers.
12798 @item numint
12799 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12800 @item frac
12801 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12802 @item rat
12803 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12804 @item float
12805 Floating-point numbers.
12806 @item real
12807 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12808 intervals and error forms with real components also count as
12809 reals here.)
12810 @item pos
12811 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12812 @item nonneg
12813 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12814 @item number
12815 Numbers.  (Real or complex.)
12816 @end table
12818 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12819 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12820 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12821 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12822 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12823 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12824 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12825 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12826 of the formula.
12828 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12829 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12830 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12831 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12832 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12833 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12835 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12836 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12837 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12838 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12839 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12841 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12842 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12843 Calc leaves this formula alone.  After the command
12844 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12845 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12846 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12848 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12849 they comprise the set of possible values that the variable or
12850 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12851 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12852 (note that infinity is included in the range of possible values);
12853 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12854 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12855 redundant because the fact that the variable is real can be
12856 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12857 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12859 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12860 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12862 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12863 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12864 In other words, the range of possible values means only that
12865 the variable's value must be numerically equal to a number in
12866 that range, but not that it must be equal in type as well.
12867 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12868 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12870 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12871 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12872 where the interval does not lie in the range described by the
12873 type symbol.
12875 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12876 like the one described above.  Another case where they are used
12877 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12878 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12879 roots (if any) will be included in the list.
12881 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12882 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12883 shown above).
12885 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12886 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12887 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12888 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12889 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12890 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12891 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12892 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12893 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12894 not known to be nonzero.
12896 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12898 @table @code
12899 @item scalar
12900 The value is not a vector.
12901 @item vector
12902 The value is a vector.
12903 @item matrix
12904 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12905 @item sqmatrix
12906 The value is a square matrix.
12907 @end table
12909 These type symbols can be combined with the other type symbols
12910 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12911 is a matrix of integers.
12913 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12914 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12915 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12916 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12917 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12918 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12919 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12920 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12921 declarations.)
12923 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12924 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12925 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12927 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12928 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12930 @table @code
12931 @item const
12932 The value is a constant with respect to other variables.
12933 @end table
12935 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12936 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12937 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12938 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12939 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12940 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12941 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12942 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12943 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12944 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12946 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12947 @subsection Functions for Declarations
12949 @noindent
12950 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12951 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12952 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12953 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12954 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12955 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12956 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12957 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12958 that perform other tests not related to declarations.
12960 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12961 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12962 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12963 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12964 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12966 @ignore
12967 @starindex
12968 @end ignore
12969 @tindex dint
12970 @ignore
12971 @starindex
12972 @end ignore
12973 @tindex dnumint
12974 @ignore
12975 @starindex
12976 @end ignore
12977 @tindex dnatnum
12978 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12979 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12980 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12981 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12982 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12983 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12984 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12985 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12987 @ignore
12988 @starindex
12989 @end ignore
12990 @tindex drat
12991 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12992 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12993 and error forms do not.
12995 @ignore
12996 @starindex
12997 @end ignore
12998 @tindex dreal
12999 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13000 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13002 @ignore
13003 @starindex
13004 @end ignore
13005 @tindex dimag
13006 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13007 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
13009 @ignore
13010 @starindex
13011 @end ignore
13012 @tindex dpos
13013 @ignore
13014 @starindex
13015 @end ignore
13016 @tindex dneg
13017 @ignore
13018 @starindex
13019 @end ignore
13020 @tindex dnonneg
13021 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13022 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13023 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13024 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13025 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13026 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13027 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13028 are rarely necessary.
13030 @ignore
13031 @starindex
13032 @end ignore
13033 @tindex dnonzero
13034 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13035 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13036 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13037 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13038 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13039 represent values which could be anything including zero.  (This is
13040 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13042 @ignore
13043 @starindex
13044 @end ignore
13045 @tindex deven
13046 @ignore
13047 @starindex
13048 @end ignore
13049 @tindex dodd
13050 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13051 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13052 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13053 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13054 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13056 @ignore
13057 @starindex
13058 @end ignore
13059 @tindex drange
13060 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13061 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13062 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13063 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13064 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13065 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13066 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13067 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13068 remains unevaluated.
13070 @ignore
13071 @starindex
13072 @end ignore
13073 @tindex dscalar
13074 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13075 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13076 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13077 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13078 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13079 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13080 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13081 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13082 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13083 information to tell.
13085 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13086 @section Display Modes
13088 @noindent
13089 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13090 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13091 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13092 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13093 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13094 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13096 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13097 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13098 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13099 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13100 reflect the latest mode settings.
13102 @kindex d @key{RET}
13103 @pindex calc-refresh-top
13104 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13105 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13106 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13107 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13108 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13109 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13110 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13112 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13113 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13114 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13115 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13117 @menu
13118 * Radix Modes::
13119 * Grouping Digits::
13120 * Float Formats::
13121 * Complex Formats::
13122 * Fraction Formats::
13123 * HMS Formats::
13124 * Date Formats::
13125 * Truncating the Stack::
13126 * Justification::
13127 * Labels::
13128 @end menu
13130 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13131 @subsection Radix Modes
13133 @noindent
13134 @cindex Radix display
13135 @cindex Non-decimal numbers
13136 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13137 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13138 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13139 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13140 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13141 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13143 @kindex d 2
13144 @kindex d 8
13145 @kindex d 6
13146 @kindex d 0
13147 @cindex Hexadecimal integers
13148 @cindex Octal integers
13149 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13150 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13151 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13152 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13153 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13154 as decimal.
13156 @kindex d r
13157 @pindex calc-radix
13158 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13159 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13160 argument; otherwise you will be prompted for it.
13162 @kindex d z
13163 @pindex calc-leading-zeros
13164 @cindex Leading zeros
13165 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13166 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13167 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13168 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13169 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13170 are displayed with at least enough digits to represent 
13171 @texline @math{2^w-1}
13172 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13173 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13174 entirety.) 
13176 @cindex Two's complements
13177 With the binary, octal and hexadecimal display modes, Calc can
13178 display @expr{w}-bit integers using two's complement notation.  This
13179 option is selected with the key sequences @kbd{C-u d 2}, @kbd{C-u d 8}
13180 and @kbd{C-u d 6}, respectively, and a negative word size might be
13181 appropriate (@pxref{Binary Functions}). In two's complement 
13182 notation, the integers in the (nearly) symmetric interval from
13183 @texline @math{-2^{w-1}}
13184 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13186 @texline @math{2^{w-1}-1}
13187 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13188 are represented by the integers from @expr{0} to @expr{2^w-1}:
13189 the integers from @expr{0} to
13190 @texline @math{2^{w-1}-1}
13191 @infoline @expr{2^(w-1)-1}
13192 are represented by themselves and the integers from
13193 @texline @math{-2^{w-1}}
13194 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13195 to @expr{-1} are represented by the integers from 
13196 @texline @math{2^{w-1}}
13197 @infoline @expr{2^(w-1)}
13198 to @expr{2^w-1} (the integer @expr{k} is represented by @expr{k+2^w}).
13199 Calc will display a two's complement integer by the radix (either
13200 @expr{2}, @expr{8} or @expr{16}), two @kbd{#} symbols, and then its
13201 representation (including any leading zeros necessary to include all
13202 @expr{w} bits).  In a two's complement display mode, numbers that
13203 are not displayed in two's complement notation (i.e., that aren't
13204 integers from  
13205 @texline @math{-2^{w-1}}
13206 @infoline @expr{-2^(w-1)}
13208 @c (
13209 @texline @math{2^{w-1}-1})
13210 @infoline @expr{2^(w-1)-1})
13211 will be represented using Calc's usual notation (in the appropriate
13212 radix).
13214 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13215 @subsection Grouping Digits
13217 @noindent
13218 @kindex d g
13219 @pindex calc-group-digits
13220 @cindex Grouping digits
13221 @cindex Digit grouping
13222 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13223 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13224 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13225 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13226 separated by commas.
13228 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13229 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13230 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13231 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13232 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13233 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13234 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13236 @kindex d ,
13237 @pindex calc-group-char
13238 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13239 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13240 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13241 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13242 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13243 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13244 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13246 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13247 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13248 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13249 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13250 is ignored by @TeX{} language mode.
13252 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13253 @subsection Float Formats
13255 @noindent
13256 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13257 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13258 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13259 in this section allow you to choose among several alternative display
13260 formats for floats.
13262 @kindex d n
13263 @pindex calc-normal-notation
13264 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13265 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13266 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13267 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13268 the specified number of significant digits less than the current
13269 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13270 current precision is 12.)
13272 @kindex d f
13273 @pindex calc-fix-notation
13274 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13275 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13276 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13277 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13278 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13279 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13280 to zero rather than switching to scientific notation.
13282 @kindex d s
13283 @pindex calc-sci-notation
13284 @cindex Scientific notation, display of
13285 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13286 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13287 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13288 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13289 The default is to display all significant digits.
13291 @kindex d e
13292 @pindex calc-eng-notation
13293 @cindex Engineering notation, display of
13294 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13295 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13296 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13297 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13298 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13300 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13301 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13302 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13303 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13304 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13305 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13306 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13307 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13308 actual displayed text in the Calculator buffer.
13310 @kindex d .
13311 @pindex calc-point-char
13312 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13313 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13314 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13315 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13316 numbers, and commas to separate elements in a list.
13318 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13319 @subsection Complex Formats
13321 @noindent
13322 @kindex d c
13323 @pindex calc-complex-notation
13324 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13325 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13326 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13327 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13329 @kindex d i
13330 @pindex calc-i-notation
13331 @kindex d j
13332 @pindex calc-j-notation
13333 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13334 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13335 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13336 in some disciplines.
13338 @cindex @code{i} variable
13339 @vindex i
13340 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13341 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13342 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13343 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13344 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13345 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13346 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13347 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13349 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13350 @subsection Fraction Formats
13352 @noindent
13353 @kindex d o
13354 @pindex calc-over-notation
13355 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13356 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13357 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13358 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13359 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13360 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13361 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13362 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13364 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13365 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13366 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13367 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13368 and @kbd{8:3} are equivalent).
13370 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13371 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13372 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13373 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13374 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13375 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13376 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13377 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13378 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13379 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13380 integers as @expr{n:1}.
13382 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13383 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13384 never affects floats.
13386 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13387 @subsection HMS Formats
13389 @noindent
13390 @kindex d h
13391 @pindex calc-hms-notation
13392 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13393 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13394 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13395 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13396 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13397 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13398 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13400 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13401 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13402 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13403 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13404 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13405 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13406 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13407 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13408 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13409 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13410 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13411 entry.
13413 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13414 @subsection Date Formats
13416 @noindent
13417 @kindex d d
13418 @pindex calc-date-notation
13419 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13420 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13421 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13422 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13423 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13424 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13425 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13426 pure dates.
13428 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13429 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13430 If you enter a blank format string, this default format is
13431 reestablished.
13433 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13434 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13435 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13437 @menu
13438 * Date Formatting Codes::
13439 * Free-Form Dates::
13440 * Standard Date Formats::
13441 @end menu
13443 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13444 @subsubsection Date Formatting Codes
13446 @noindent
13447 When displaying a date, the current date format is used.  All
13448 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13449 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13450 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13451 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13452 below.
13454 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13455 match the input string to the current format either with or without
13456 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13457 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13458 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13459 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13460 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13461 flexible algorithm which is described in the next section.
13463 Weekday names are ignored during reading.
13465 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13466 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13467 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13468 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13469 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13471 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13473 @table @asis
13474 @item Y
13475 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13476 @item YY
13477 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13478 @item BY
13479 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13480 @item YYY
13481 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13482 @item YYYY
13483 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13484 @item aa
13485 Year:  ``ad'' or blank.
13486 @item AA
13487 Year:  ``AD'' or blank.
13488 @item aaa
13489 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13490 @item AAA
13491 Year:  ``AD '' or blank.
13492 @item aaaa
13493 Year:  ``a.d.'' or blank.
13494 @item AAAA
13495 Year:  ``A.D.'' or blank.
13496 @item bb
13497 Year:  ``bc'' or blank.
13498 @item BB
13499 Year:  ``BC'' or blank.
13500 @item bbb
13501 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13502 @item BBB
13503 Year:  `` BC'' or blank.
13504 @item bbbb
13505 Year:  ``b.c.'' or blank.
13506 @item BBBB
13507 Year:  ``B.C.'' or blank.
13508 @item M
13509 Month:  ``8'' for August.
13510 @item MM
13511 Month:  ``08'' for August.
13512 @item BM
13513 Month:  `` 8'' for August.
13514 @item MMM
13515 Month:  ``AUG'' for August.
13516 @item Mmm
13517 Month:  ``Aug'' for August.
13518 @item mmm
13519 Month:  ``aug'' for August.
13520 @item MMMM
13521 Month:  ``AUGUST'' for August.
13522 @item Mmmm
13523 Month:  ``August'' for August.
13524 @item D
13525 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13526 @item DD
13527 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13528 @item BD
13529 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13530 @item W
13531 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13532 @item WWW
13533 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13534 @item Www
13535 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13536 @item www
13537 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13538 @item WWWW
13539 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13540 @item Wwww
13541 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13542 @item d
13543 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13544 @item ddd
13545 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13546 @item bdd
13547 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13548 @item h
13549 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13550 @item hh
13551 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13552 @item bh
13553 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13554 @item H
13555 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13556 @item HH
13557 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13558 @item BH
13559 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13560 @item p
13561 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13562 @item P
13563 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13564 @item pp
13565 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13566 @item PP
13567 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13568 @item pppp
13569 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13570 @item PPPP
13571 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13572 @item m
13573 Minutes:  ``7'' for 7.
13574 @item mm
13575 Minutes:  ``07'' for 7.
13576 @item bm
13577 Minutes:  `` 7'' for 7.
13578 @item s
13579 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13580 @item ss
13581 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13582 @item bs
13583 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13584 @item SS
13585 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13586 @item BS
13587 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13588 @item N
13589 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13590 @item n
13591 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13592 @item J
13593 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13594 @item j
13595 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13596 @item U
13597 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13598 @item X
13599 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13600 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13601 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13602 required for algebraic entry.
13603 @end table
13605 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13606 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13608 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13609 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13610 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13611 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13612 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13614 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13615 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13616 reading unless several of these codes are strung together with no
13617 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13618 many digits as there are letters in the format.
13620 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13621 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13622 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13624 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13625 @subsubsection Free-Form Dates
13627 @noindent
13628 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13629 on the algorithm described here if the input does not exactly
13630 match the current date format.  This algorithm generally
13631 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13632 but it is described here in full detail for the curious.
13634 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13635 while interpreting dates.
13637 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13638 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13639 the date.
13641 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13642 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13643 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13644 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13645 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13646 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13647 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13648 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13649 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13650 recognized with no number attached.
13652 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13653 format.
13655 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13656 from the string; other characters are ignored.  All words must
13657 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13658 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13659 abbreviations.
13661 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13662 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13663 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13664 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13665 assumes the month, day and year are in the same order that they
13666 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13667 current year is taken from the system clock.
13669 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13670 words, then the input is rejected.
13672 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13673 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13674 like Julian dates that were included along with the traditional
13675 date components when the date was formatted.
13677 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13678 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13679 minus sign on the year value.
13681 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13682 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13684 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13685 @subsubsection Standard Date Formats
13687 @noindent
13688 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13689 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13690 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13691 to select the other formats.
13693 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13694 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13695 enter will be recorded as the new standard format of that
13696 number, as well as becoming the new current date format.
13697 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13698 command (@pxref{Mode Settings}).
13700 @table @asis
13701 @item 0
13702 @samp{N}  (Numerical format)
13703 @item 1
13704 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13705 @item 2
13706 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13707 @item 3
13708 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13709 @item 4
13710 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13711 @item 5
13712 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13713 @item 6
13714 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13715 @item 7
13716 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13717 @item 8
13718 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13719 @item 9
13720 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13721 @end table
13723 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13724 @subsection Truncating the Stack
13726 @noindent
13727 @kindex d t
13728 @pindex calc-truncate-stack
13729 @cindex Truncating the stack
13730 @cindex Narrowing the stack
13731 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13732 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13733 The number right above that line is considered to the be at the top of
13734 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13735 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13736 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13737 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13738 keep several independent calculations running at once in different parts
13739 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13740 the stack.
13742 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13743 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13744 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13745 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13746 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13747 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13748 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13750 @kindex d [
13751 @pindex calc-truncate-up
13752 @kindex d ]
13753 @pindex calc-truncate-down
13754 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13755 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13756 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13758 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13759 @subsection Justification
13761 @noindent
13762 @kindex d <
13763 @pindex calc-left-justify
13764 @kindex d =
13765 @pindex calc-center-justify
13766 @kindex d >
13767 @pindex calc-right-justify
13768 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13769 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13770 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13771 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13772 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13773 window.
13775 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13776 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13777 text.
13779 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13780 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13781 together, the decimal points on numbers will always line up.
13783 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13784 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13785 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13786 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13787 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13788 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13789 origin and line width is slightly different in each justification
13790 mode.
13792 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13793 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13794 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13795 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13796 line is indented to the origin.
13798 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13799 character is just before the origin, or just before the current
13800 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13801 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13802 specified, or else the origin is used as a width if that is
13803 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13805 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13806 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13807 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13808 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13809 line width or Calc window width is used.
13811 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13812 is indented an additional four spaces to make room for the line
13813 number.  The width of the line number is taken into account when
13814 positioning according to the current Calc window width, but not
13815 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13816 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13817 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13819 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13820 @subsection Labels
13822 @noindent
13823 @kindex d @{
13824 @pindex calc-left-label
13825 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13826 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13827 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13828 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13829 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13830 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13831 affect the horizontal position of the stack entry.
13833 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13835 @kindex d @}
13836 @pindex calc-right-label
13837 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13838 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13839 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13840 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13841 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13842 justified to the line width.
13844 One application of labels would be to add equation numbers to
13845 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13846 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13847 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13848 left or right as you prefer.
13850 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13851 @section Language Modes
13853 @noindent
13854 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13855 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13856 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13857 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13858 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13859 another buffer will be interpreted according to the current language.
13861 The current language has no effect on things written to or read from the
13862 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13863 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13864 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13866 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13867 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13868 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13869 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13870 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13871 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13872 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13873 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13875 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13876 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13877 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13878 and would have written the formula back with notations (like implicit
13879 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13881 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13882 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13883 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13884 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13886 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13887 shifted letter key.
13889 @menu
13890 * Normal Language Modes::
13891 * C FORTRAN Pascal::
13892 * TeX and LaTeX Language Modes::
13893 * Eqn Language Mode::
13894 * Yacas Language Mode::
13895 * Maxima Language Mode::
13896 * Giac Language Mode::
13897 * Mathematica Language Mode::
13898 * Maple Language Mode::
13899 * Compositions::
13900 * Syntax Tables::
13901 @end menu
13903 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13904 @subsection Normal Language Modes
13906 @noindent
13907 @kindex d N
13908 @pindex calc-normal-language
13909 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13910 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13911 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13912 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13913 keyboard.
13915 @kindex d O
13916 @pindex calc-flat-language
13917 @cindex Matrix display
13918 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13919 identical with the normal one, except that matrices are written in
13920 one-line form along with everything else.  In some applications this
13921 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13923 @kindex d b
13924 @pindex calc-line-breaking
13925 @cindex Line breaking
13926 @cindex Breaking up long lines
13927 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13928 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13929 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13930 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13931 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13932 command, that argument will specify the line width used when breaking
13933 long lines.
13935 @kindex d B
13936 @pindex calc-big-language
13937 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13938 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13939 such as powers, quotients, and square roots:
13941 @example
13942   ____________
13943  | a + 1    2
13944  | ----- + c
13945 \|   b
13946 @end example
13948 @noindent
13949 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13951 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13952 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13953 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13954 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13955 notation.
13957 One slight ambiguity of Big notation is that
13959 @example
13960   3
13961 - -
13962   4
13963 @end example
13965 @noindent
13966 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13967 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13968 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13969 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13970 typical use.
13972 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13973 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13974 though generally you will know which interpretation is correct.
13975 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13976 in Big mode.
13978 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13979 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13980 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13981 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13982 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13984 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13985 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13986 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13987 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13989 @kindex d U
13990 @pindex calc-unformatted-language
13991 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13992 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13993 shown above would be displayed:
13995 @example
13996 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13997 @end example
13999 These four modes differ only in display format, not in the format
14000 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
14001 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14002 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14003 parentheses).
14005 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
14006 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14008 @noindent
14009 @kindex d C
14010 @pindex calc-c-language
14011 @cindex C language
14012 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14013 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14014 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14015 particular, C language operators and operator precedences are used in
14016 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14017 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14018 @samp{pow(a,b)}.
14020 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14021 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14022 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14023 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14024 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
14025 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14026 using the @samp{:=} symbol.
14028 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
14029 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
14030 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14031 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14032 names are different in C are translated automatically for entry and
14033 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14034 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14035 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14037 @kindex d P
14038 @pindex calc-pascal-language
14039 @cindex Pascal language
14040 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14041 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14042 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14043 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14044 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14045 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14046 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14047 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14048 of handling these in Pascal.
14050 @kindex d F
14051 @pindex calc-fortran-language
14052 @cindex FORTRAN language
14053 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14054 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14055 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14056 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14057 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14058 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14059 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14060 If the variable @code{a} has been declared to have type
14061 @code{vector} or @code{matrix}, however,  then @samp{a(i)} will be
14062 parsed as a subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't
14063 matter, though; if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and
14064 Calc interprets it as a function call, you'll never know the difference
14065 unless you switch to another language mode or replace @code{a} with an
14066 actual vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14067 function!).
14069 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14070 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14071 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14073 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14074 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14075 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14076 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14077 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14078 convert to lower-case for display and input.
14080 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14081 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
14083 @noindent
14084 @kindex d T
14085 @pindex calc-tex-language
14086 @cindex TeX language
14087 @kindex d L
14088 @pindex calc-latex-language
14089 @cindex LaTeX language
14090 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14091 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14092 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14093 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14094 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14095 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14096 mode may display it differently.
14098 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14099 @texline @math{\sin(a/b)}
14100 @infoline @expr{sin(a/b)}
14101 will appear as @samp{\sin\left( @{a \over b@} \right)} in @TeX{} mode and
14102 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14103 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14104 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14105 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14106 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14108 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14109 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14110 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14111 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14112 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14113 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14114 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14115 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14116 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14117 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14118 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14119 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14120 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14122 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14123 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14124 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14125 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14126 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14127 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14128 printed result is 
14129 @texline @math{\sin{2 x}}
14130 @infoline @expr{sin 2x} 
14131 but 
14132 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14133 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14135 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14136 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14137 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14138 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14139 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14140 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14141 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14142 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14143 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14144 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14145 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14146 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14147 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14148 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14149 any @TeX{} mode.)
14151 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14152 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14153 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14154 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14155 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14156 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14157 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14158 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14159 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14160 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14161 format in @TeX{} mode and in 
14162 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14163 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14164 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14165 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14166 form, such as 
14168 @example
14169 \begin@{pmatrix@}
14170 a & b \\
14171 c & d
14172 \end@{pmatrix@}
14173 @end example
14175 @noindent
14176 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14177 expressions being displayed like
14179 @example
14180 \begin@{pmatrix@} \times x
14181 a & b \\
14182 c & d
14183 \end@{pmatrix@}
14184 @end example
14186 @noindent
14187 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14188 (Similarly for @TeX{}.)
14190 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14191 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14192 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14193 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14194 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14195 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14197 @ignore
14198 @iftex
14199 @begingroup
14200 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14201 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14202 @end iftex
14203 @starindex
14204 @end ignore
14205 @tindex acute
14206 @ignore
14207 @starindex
14208 @end ignore
14209 @tindex Acute
14210 @ignore
14211 @starindex
14212 @end ignore
14213 @tindex bar
14214 @ignore
14215 @starindex
14216 @end ignore
14217 @tindex Bar
14218 @ignore
14219 @starindex
14220 @end ignore
14221 @tindex breve
14222 @ignore
14223 @starindex
14224 @end ignore
14225 @tindex Breve
14226 @ignore
14227 @starindex
14228 @end ignore
14229 @tindex check
14230 @ignore
14231 @starindex
14232 @end ignore
14233 @tindex Check
14234 @ignore
14235 @starindex
14236 @end ignore
14237 @tindex dddot
14238 @ignore
14239 @starindex
14240 @end ignore
14241 @tindex ddddot
14242 @ignore
14243 @starindex
14244 @end ignore
14245 @tindex dot
14246 @ignore
14247 @starindex
14248 @end ignore
14249 @tindex Dot
14250 @ignore
14251 @starindex
14252 @end ignore
14253 @tindex dotdot
14254 @ignore
14255 @starindex
14256 @end ignore
14257 @tindex DotDot
14258 @ignore
14259 @starindex
14260 @end ignore
14261 @tindex dyad
14262 @ignore
14263 @starindex
14264 @end ignore
14265 @tindex grave
14266 @ignore
14267 @starindex
14268 @end ignore
14269 @tindex Grave
14270 @ignore
14271 @starindex
14272 @end ignore
14273 @tindex hat
14274 @ignore
14275 @starindex
14276 @end ignore
14277 @tindex Hat
14278 @ignore
14279 @starindex
14280 @end ignore
14281 @tindex Prime
14282 @ignore
14283 @starindex
14284 @end ignore
14285 @tindex tilde
14286 @ignore
14287 @starindex
14288 @end ignore
14289 @tindex Tilde
14290 @ignore
14291 @starindex
14292 @end ignore
14293 @tindex under
14294 @ignore
14295 @starindex
14296 @end ignore
14297 @tindex Vec
14298 @ignore
14299 @starindex
14300 @end ignore
14301 @tindex VEC
14302 @ignore
14303 @iftex
14304 @endgroup
14305 @end iftex
14306 @end ignore
14307 @example
14308 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14309 ----      ---           -----         ---
14310 acute     \acute        \acute        
14311 Acute                   \Acute        
14312 bar       \bar          \bar          bar
14313 Bar                     \Bar
14314 breve     \breve        \breve        
14315 Breve                   \Breve        
14316 check     \check        \check        
14317 Check                   \Check        
14318 dddot                   \dddot
14319 ddddot                  \ddddot
14320 dot       \dot          \dot          dot
14321 Dot                     \Dot
14322 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14323 DotDot                  \Ddot         
14324 dyad                                  dyad
14325 grave     \grave        \grave        
14326 Grave                   \Grave        
14327 hat       \hat          \hat          hat
14328 Hat                     \Hat          
14329 Prime                                 prime
14330 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14331 Tilde                   \Tilde
14332 under     \underline    \underline    under
14333 Vec       \vec          \vec          vec
14334 VEC                     \Vec
14335 @end example
14337 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14338 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14339 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14340 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14341 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14342 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14343 You will typically want to include one of the following definitions
14344 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14346 @example
14347 \def\evalto@{@}
14348 \def\evalto#1\to@{@}
14349 @end example
14351 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14352 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14353 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14354 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14355 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14356 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14358 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14359 reading is:
14361 @example
14362 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14363 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14364 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14365 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14366 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14367 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14368 \evalto
14369 @end example
14371 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14372 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14373 font information. 
14375 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14376 the same as @samp{*}.
14378 @ifnottex
14379 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14380 end of this section.
14381 @end ifnottex
14382 @iftex
14383 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14385 @example
14386 @group
14387 sin(a^2 / b_i)
14388 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14389 @end group
14390 @end example
14391 @tex
14392 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14393 @end tex
14394 @sp 1
14396 @example
14397 @group
14398 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14399 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14400 @end group
14401 @end example
14402 @tex
14403 \turnoffactive
14404 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14405 @end tex
14406 @sp 1
14408 @example
14409 @group
14410 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14411 [|a|, \left| a \over b \right|,
14412  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14413 @end group
14414 @end example
14415 @tex
14416 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14417     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14418 @end tex
14419 @sp 1
14421 @example
14422 @group
14423 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14424 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14425  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14426 @end group
14427 @end example
14428 @tex
14429 \turnoffactive
14430 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14431 @end tex
14432 @sp 2
14434 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14435 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14436 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14438 @example
14439 @group
14440 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14441 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14442 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14443 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14444 @end group
14445 @end example
14446 @tex
14447 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14448 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14449 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14450 @end tex
14451 @sp 2
14453 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14455 @example
14456 @group
14457 2 + 3 => 5
14458 \evalto 2 + 3 \to 5
14459 @end group
14460 @end example
14461 @tex
14462 \turnoffactive
14463 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14464 $$ 5 $$
14465 @end tex
14466 @sp 2
14468 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14470 @example
14471 @group
14472 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14473 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14474 @end group
14475 @end example
14476 @tex
14477 \turnoffactive
14478 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14479 {\let\to\Rightarrow
14480 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14481 @end tex
14482 @sp 2
14484 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14486 @example
14487 @group
14488 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14489 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14490 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14491 @end group
14492 @end example
14493 @tex
14494 \turnoffactive
14495 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14496 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14497 @end tex
14498 @sp 2
14499 @end iftex
14501 @node Eqn Language Mode, Yacas Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14502 @subsection Eqn Language Mode
14504 @noindent
14505 @kindex d E
14506 @pindex calc-eqn-language
14507 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14508 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14509 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14510 command selects @dfn{eqn} notation.
14512 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14513 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14514 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14515 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14516 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14517 required only when the argument contains spaces.
14519 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14520 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14521 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14522 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14523 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14524 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14525 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14527 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14528 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14529 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14530 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14531 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14532 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14533 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14534 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14535 names, too.)
14537 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14538 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14539 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14540 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14541 the typeset output of @dfn{eqn}).
14543 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14544 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14545 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14546 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14548 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14549 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14550 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14551 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14552 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14553 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14554 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14556 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14557 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14558 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14559 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14560 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14561 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14562 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14563 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14565 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14566 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14567 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14568 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14569 recognized for these operators during reading.
14571 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14572 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14573 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14574 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14575 if the matrix justification mode so specifies.
14577 @node Yacas Language Mode, Maxima Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14578 @subsection Yacas Language Mode
14580 @noindent
14581 @kindex d Y
14582 @pindex calc-yacas-language
14583 @cindex Yacas language
14584 The @kbd{d Y} (@code{calc-yacas-language}) command selects the
14585 conventions of Yacas, a free computer algebra system.  While the
14586 operators and functions in Yacas are similar to those of Calc, the names
14587 of built-in functions in Yacas are capitalized.  The Calc formula 
14588 @samp{sin(2 x)}, for example, is entered and displayed @samp{Sin(2 x)}
14589 in Yacas mode,  and `@samp{arcsin(x^2)} is @samp{ArcSin(x^2)} in Yacas
14590 mode.  Complex numbers are written  are written @samp{3 + 4 I}.
14591 The standard special constants are written @code{Pi}, @code{E},
14592 @code{I}, @code{GoldenRatio} and @code{Gamma}.  @code{Infinity}
14593 represents both @code{inf} and @code{uinf}, and @code{Undefined}
14594 represents @code{nan}.
14596 Certain operators on functions, such as @code{D} for differentiation 
14597 and @code{Integrate} for integration, take a prefix form in Yacas.  For
14598 example, the derivative of @w{@samp{e^x sin(x)}} can be computed with 
14599 @w{@samp{D(x) Exp(x)*Sin(x)}}.
14601 Other notable differences between Yacas and standard Calc expressions
14602 are that vectors and matrices use curly braces in Yacas, and subscripts
14603 use square brackets.  If, for example, @samp{A} represents the list
14604 @samp{@{a,2,c,4@}}, then @samp{A[3]} would equal @samp{c}.
14607 @node Maxima Language Mode, Giac Language Mode, Yacas Language Mode, Language Modes
14608 @subsection Maxima Language Mode
14610 @noindent
14611 @kindex d X
14612 @pindex calc-maxima-language
14613 @cindex Maxima language
14614 The @kbd{d X} (@code{calc-maxima-language}) command selects the
14615 conventions of Maxima, another free computer algebra system.  The
14616 function names in Maxima are similar, but not always identical, to Calc.
14617 For example, instead of @samp{arcsin(x)}, Maxima will use 
14618 @samp{asin(x)}.  Complex numbers are written @samp{3 + 4 %i}.  The
14619 standard special constants are written @code{%pi},  @code{%e},
14620 @code{%i}, @code{%phi} and @code{%gamma}.  In Maxima,  @code{inf} means
14621 the same as in Calc, but @code{infinity} represents Calc's @code{uinf}.
14623 Underscores as well as percent signs are allowed in function and
14624 variable names in Maxima mode.  The underscore again is equivalent to
14625 the @samp{#} in Normal mode, and the percent sign is equivalent to 
14626 @samp{o'o}.  
14628 Maxima uses square brackets for lists and vectors, and matrices are
14629 written as calls to the function @code{matrix}, given the row vectors of
14630 the matrix as arguments.  Square brackets are also used as subscripts.
14632 @node Giac Language Mode, Mathematica Language Mode, Maxima Language Mode, Language Modes
14633 @subsection Giac Language Mode
14635 @noindent
14636 @kindex d A
14637 @pindex calc-giac-language
14638 @cindex Giac language
14639 The @kbd{d A} (@code{calc-giac-language}) command selects the
14640 conventions of Giac, another free computer algebra system.  The function
14641 names in Giac are similar to Maxima.  Complex numbers are written
14642 @samp{3 + 4 i}.  The standard special constants in Giac are the same as
14643 in Calc, except that @code{infinity} represents both Calc's @code{inf}
14644 and @code{uinf}. 
14646 Underscores are allowed in function and variable names in Giac mode.
14647 Brackets are used for subscripts.  In Giac, indexing of lists begins at
14648 0, instead of 1 as in Calc.  So if  @samp{A} represents the list
14649 @samp{[a,2,c,4]}, then @samp{A[2]} would equal @samp{c}.  In general,
14650 @samp{A[n]} in Giac mode corresponds to @samp{A_(n+1)} in Normal mode.
14652 The Giac interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14653 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]} and
14654 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot see
14655 the difference between an open and a closed interval while in Giac mode.
14657 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Giac Language Mode, Language Modes
14658 @subsection Mathematica Language Mode
14660 @noindent
14661 @kindex d M
14662 @pindex calc-mathematica-language
14663 @cindex Mathematica language
14664 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14665 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14666 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14667 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14668 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14669 Mathematica mode.
14671 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14672 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14673 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14674 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14675 Mathematica mode.
14676 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14677 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14678 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14680 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14681 @subsection Maple Language Mode
14683 @noindent
14684 @kindex d W
14685 @pindex calc-maple-language
14686 @cindex Maple language
14687 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14688 conventions of Maple.
14690 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14691 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14692 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14693 denote powers.
14695 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14696 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14697 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14698 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14699 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14700 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14702 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} is like Giac's interval
14703 notation, and is handled the same by Calc.
14705 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14706 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14707 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14708 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14710 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14711 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14712 inert (@samp{&}) operators.
14714 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14715 @subsection Compositions
14717 @noindent
14718 @cindex Compositions
14719 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14720 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14721 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14722 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14723 are recognized by Calc's display formatting routines.
14725 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14726 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14727 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14728 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14729 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14730 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14731 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14732 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14734 The composition functions do the same thing in all language modes
14735 (although their components will of course be formatted in the current
14736 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14737 which does not give the composition functions any special treatment.
14738 The functions are discussed here because of their relationship to
14739 the language modes.
14741 @menu
14742 * Composition Basics::
14743 * Horizontal Compositions::
14744 * Vertical Compositions::
14745 * Other Compositions::
14746 * Information about Compositions::
14747 * User-Defined Compositions::
14748 @end menu
14750 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14751 @subsubsection Composition Basics
14753 @noindent
14754 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14755 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14756 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14757 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14758 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14759 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14760 For example, in the Big mode formula
14762 @example
14763 @group
14764           2
14765      a + b
14766 17 + ------
14767        c
14768 @end group
14769 @end example
14771 @noindent
14772 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14773 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14774 is placed on the same level as the baseline of 17.
14776 @tex
14777 \bigskip
14778 @end tex
14780 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14781 an integer that represents the binding strength of various operators.
14782 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14783 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14784 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14786 The operator table used by normal and Big language modes has the
14787 following precedences:
14789 @example
14790 _     1200    @r{(subscripts)}
14791 %     1100    @r{(as in n}%@r{)}
14792 !     1000    @r{(as in }!@r{n)}
14793 mod    400
14794 +/-    300
14795 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14796 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14797 ^      200
14798 -      197    @r{(as in }-@r{n)}
14799 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14800 / % \  190
14801 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14802 |      170
14803 < =    160    @r{(and other relations)}
14804 &&     110
14805 ||     100
14806 ? :     90
14807 !!!     85
14808 &&&     80
14809 |||     75
14810 :=      50
14811 ::      45
14812 =>      40
14813 @end example
14815 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14816 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14817 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14818 expressions and expressions which are function arguments, vector
14819 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14820 normally never get additional parentheses).
14822 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14823 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14824 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14825 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14826 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14827 with one-higher precedence.
14829 @ignore
14830 @starindex
14831 @end ignore
14832 @tindex cprec
14833 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14834 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14835 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14836 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14837 precedence than multiplication).
14839 @tex
14840 \bigskip
14841 @end tex
14843 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14844 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14845 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14846 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14847 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14848 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14849 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14850 view them.
14852 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14853 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14854 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14855 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14856 move down to the next line starting at the first break point that
14857 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14858 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14859 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14860 For example, a vector of sums might be formatted as:
14862 @example
14863 @group
14864 [ a + b + c, d + e + f,
14865   g + h + i, j + k + l, m ]
14866 @end group
14867 @end example
14869 @noindent
14870 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14871 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14872 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14873 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14874 itself been too large to fit.
14876 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14877 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14878 also generates breakable items:  A break point is added after every
14879 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14880 end of the string.
14882 Composition functions themselves count as levels in the formula
14883 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14884 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14885 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14886 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14887 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14888 will be on the same level as the break points of the surrounding
14889 object.
14891 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14892 @subsubsection Horizontal Compositions
14894 @noindent
14895 @ignore
14896 @starindex
14897 @end ignore
14898 @tindex choriz
14899 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14900 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14901 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14903 @example
14904 @group
14905   a b
14906 17---d
14907    c
14908 @end group
14909 @end example
14911 @noindent
14912 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14913 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14914 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14915 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14916 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14917 the precedence from the surrounding environment.
14919 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14920 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14921 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14922 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14923 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14924 (unless any of its component compositions are breakable).
14926 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14927 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14928 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14929 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14930 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14932 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14933 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14935 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14936 @subsubsection Vertical Compositions
14938 @noindent
14939 @ignore
14940 @starindex
14941 @end ignore
14942 @tindex cvert
14943 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14944 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14945 the result is by default the top line of the resulting composition.
14946 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14947 formats in Big mode as
14949 @example
14950 @group
14951 f( a ,  2    )
14952   bb   a  + 1
14953   ccc     2
14954          b
14955 @end group
14956 @end example
14958 @ignore
14959 @starindex
14960 @end ignore
14961 @tindex cbase
14962 There are several special composition functions that work only as
14963 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14964 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14965 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14966 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14967 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14969 @example
14970 @group
14971         2
14972        a  + 1
14973    a      2
14974 f(bb ,   b   )
14975   ccc
14976 @end group
14977 @end example
14979 @ignore
14980 @starindex
14981 @end ignore
14982 @tindex ctbase
14983 @ignore
14984 @starindex
14985 @end ignore
14986 @tindex cbbase
14987 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14988 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14989 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14990 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14991 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14993 @example
14994 @group
14995         a
14996 a       -
14997 - + a + b
14998 b   -
14999     b
15000 @end group
15001 @end example
15003 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
15004 function in a given vertical composition.  These functions can also
15005 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
15006 which means the baseline is the top line of the following item, and
15007 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
15008 item.
15010 @ignore
15011 @starindex
15012 @end ignore
15013 @tindex crule
15014 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
15015 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
15016 characters to build the rule.  You can specify any other character,
15017 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
15018 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
15019 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
15020 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
15022 @example
15023 @group
15024 a + 1
15025 =====
15026   2
15028 @end group
15029 @end example
15031 @ignore
15032 @starindex
15033 @end ignore
15034 @tindex clvert
15035 @ignore
15036 @starindex
15037 @end ignore
15038 @tindex crvert
15039 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
15040 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
15041 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
15042 gives:
15044 @example
15045 @group
15046 a   +   a
15047 bb     bb
15048 ccc   ccc
15049 @end group
15050 @end example
15052 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
15053 which gives the precedence to use when formatting the components.
15054 Vertical compositions do not support separator strings.
15056 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
15057 @subsubsection Other Compositions
15059 @noindent
15060 @ignore
15061 @starindex
15062 @end ignore
15063 @tindex csup
15064 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
15065 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
15066 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
15067 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
15068 bottom line is one above the baseline.
15070 @ignore
15071 @starindex
15072 @end ignore
15073 @tindex csub
15074 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
15075 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
15076 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
15077 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
15078 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
15080 @ignore
15081 @starindex
15082 @end ignore
15083 @tindex cflat
15084 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
15085 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
15086 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
15087 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
15088 to improve its readability.
15090 @ignore
15091 @starindex
15092 @end ignore
15093 @tindex cspace
15094 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15095 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15096 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15097 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15098 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15099 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15100 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15102 @example
15103 @group
15104  2 2 2 2
15105 a a a a
15106 @end group
15107 @end example
15109 @noindent
15110 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15112 @ignore
15113 @starindex
15114 @end ignore
15115 @tindex cvspace
15116 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15117 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15118 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15119 argument of zero will produce an object which contributes zero
15120 height if used in a vertical composition.
15122 @ignore
15123 @starindex
15124 @end ignore
15125 @tindex ctspace
15126 @ignore
15127 @starindex
15128 @end ignore
15129 @tindex cbspace
15130 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15131 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15132 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15133 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15134 displays as:
15136 @example
15137 @group
15138         a
15139         -
15140 a       b
15141 -   a   a
15142 b + - + -
15143 a   b   b
15144 -   a
15145 b   -
15146     b
15147 @end group
15148 @end example
15150 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15151 @subsubsection Information about Compositions
15153 @noindent
15154 The functions in this section are actual functions; they compose their
15155 arguments according to the current language and other display modes,
15156 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15158 @ignore
15159 @starindex
15160 @end ignore
15161 @tindex cwidth
15162 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15163 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15164 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15165 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15166 the composition functions described in this section.
15168 @ignore
15169 @starindex
15170 @end ignore
15171 @tindex cheight
15172 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15173 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15175 @ignore
15176 @starindex
15177 @end ignore
15178 @tindex cascent
15179 @ignore
15180 @starindex
15181 @end ignore
15182 @tindex cdescent
15183 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15184 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15185 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15186 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15187 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15188 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15189 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15190 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15192 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
15193 @subsubsection User-Defined Compositions
15195 @noindent
15196 @kindex Z C
15197 @pindex calc-user-define-composition
15198 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15199 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15200 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15201 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15202 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15203 replaces the function call with that formula with the arguments
15204 replaced.
15206 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15207 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15208 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15209 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15210 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15211 affect the display at all.
15213 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15214 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15215 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15216 You can define different formats for each language mode, and for each
15217 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15218 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15219 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15220 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15221 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15222 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15224 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15225 formula, any defined formats for the function in the current language
15226 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15228 For example, the default format for the binomial coefficient function
15229 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15231 @example
15232 @group
15234 ( )
15236 @end group
15237 @end example
15239 @noindent
15240 You might prefer the notation,
15242 @example
15243 @group
15245 n m
15246 @end group
15247 @end example
15249 @noindent
15250 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15251 then put the formula
15253 @smallexample
15254 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15255 @end smallexample
15257 @noindent
15258 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15259 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15260 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15261 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15262 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15263 as an algebraic entry.
15265 @example
15266 @group
15267  C  +  C
15268 a b   7 3
15269 @end group
15270 @end example
15272 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15273 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15274 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15275 instead of parentheses.
15277 @smallexample
15278 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15279 @end smallexample
15281 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15282 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15284 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15285 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15286 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15287 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15288 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15289 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15290 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15291 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15292 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15293 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15294 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15295 it can easily be confused with a real sum.)
15297 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15298 composition formula to cause all or part of the formula to be
15299 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15300 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15301 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15302 regardless of the current simplification mode.  There are also
15303 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15304 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15305 operate only in the context of composition formulas (and also in
15306 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15307 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15308 symbolic form.
15310 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15311 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15312 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15313 there are several situations where it could be slow.  For example,
15314 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15315 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15316 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15317 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15318 produce a large, unwieldy integer.
15320 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15321 command (@pxref{Creating User Keys}).
15323 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15324 @subsection Syntax Tables
15326 @noindent
15327 @cindex Syntax tables
15328 @cindex Parsing formulas, customized
15329 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15330 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15331 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15333 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15334 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15336 @kindex Z S
15337 @pindex calc-edit-user-syntax
15338 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15339 syntax table for the current language mode.  If you want your
15340 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15341 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15342 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15343 the syntax tables along with the other mode settings;
15344 @pxref{General Mode Commands}.
15346 @menu
15347 * Syntax Table Basics::
15348 * Precedence in Syntax Tables::
15349 * Advanced Syntax Patterns::
15350 * Conditional Syntax Rules::
15351 @end menu
15353 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15354 @subsubsection Syntax Table Basics
15356 @noindent
15357 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15358 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15359 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15360 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15361 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15362 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15363 the parser matches this string of tokens against various built-in
15364 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15365 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15366 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15368 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15369 which allow you to specify new patterns to define your own
15370 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15371 table for the current language mode, then the table for the Normal
15372 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15373 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15374 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15375 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15376 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15377 completely different.)
15379 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15380 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15381 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15383 @example
15384 foo ( ) := 2+3
15385 @end example
15387 @noindent
15388 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15389 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15390 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15391 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15392 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15393 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15394 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15395 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15396 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15397 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15398 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15399 calls would no longer recognize it!
15401 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15402 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15403 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15405 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15406 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15407 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15408 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15409 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15410 and postfix operator, respectively:
15412 @example
15413 foo ( # ) := myfunc(#1)
15414 foo # := myprefix(#1)
15415 # foo # := myinfix(#1,#2)
15416 # foo := mypostfix(#1)
15417 @end example
15419 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15420 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15422 It is important to write the first two rules in the order shown,
15423 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15424 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15425 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15426 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15427 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15428 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15429 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15430 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15431 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15432 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15433 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15435 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15436 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15437 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15438 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15439 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15440 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15441 expressions with nothing between them will be parsed as one
15442 expression that uses implicit multiplication.
15444 As a more practical example, Maple uses the notation
15445 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15446 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15447 rule,
15449 @example
15450 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15451 @end example
15453 @noindent
15454 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15455 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15456 define these operators quite easily:
15458 @example
15459 # *= # := muleq(#1,#2)
15460 # ++ := postinc(#1)
15461 ++ # := preinc(#1)
15462 @end example
15464 @noindent
15465 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15466 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15467 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15468 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15470 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15471 interpretation in syntax patterns:
15473 @example
15474 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15475 @end example
15477 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15478 again it is generally better to use two tokens than one token with
15479 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15480 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15481 backslashes in tokens.)
15483 @example
15484 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15485 @end example
15487 @noindent
15488 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15490 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15491 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15492 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15493 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15494 the syntax table will prevent those characters from working in their
15495 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15496 respectively).
15498 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15499 the rest of the line to be ignored as a comment.
15501 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15502 @subsubsection Precedence
15504 @noindent
15505 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15506 By default, an operator defined by a rule like
15508 @example
15509 # foo # := foo(#1,#2)
15510 @end example
15512 @noindent
15513 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15514 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15515 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15516 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15517 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15518 @samp{*}, so if we change this rule to
15520 @example
15521 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15522 @end example
15524 @noindent
15525 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15526 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15527 precedence, our new operator will be left-associative:
15528 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15529 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15530 can create a right-associative operator.
15532 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15533 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15534 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15536 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15537 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15539 @noindent
15540 To match a function with a variable number of arguments, you could
15541 write
15543 @example
15544 foo ( # ) := myfunc(#1)
15545 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15546 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15547 @end example
15549 @noindent
15550 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15551 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15552 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15554 @example
15555 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15556 @end example
15558 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15559 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15560 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15561 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15562 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15563 separator token (with no space in between, as shown above).
15564 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15565 several expressions separated by commas.
15567 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15568 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15569 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15570 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15571 of arguments and builds a call to the function with those
15572 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15574 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15575 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15576 strung together into the resulting vector.  If the body
15577 does not contain anything but literal tokens, the result will
15578 always be an empty vector.
15580 @example
15581 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15582 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15583 @end example
15585 @noindent
15586 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15587 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15588 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15589 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15590 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15592 @example
15593 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15594 @end example
15596 @noindent
15597 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15598 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15600 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15601 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15602 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15604 @example
15605 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15606 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15607 @end example
15609 @noindent
15610 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15611 which will always be an empty vector, but in the second case no
15612 empty vector is produced.
15614 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15615 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15616 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15617 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15618 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15619 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15620 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15621 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15622 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15623 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15624 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15625 as optional.
15627 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15628 patterns will not work as you might expect:
15630 @example
15631 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15632 @end example
15634 @noindent
15635 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15636 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15637 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15638 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15639 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15640 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15641 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15643 @example
15644 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15645 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15646 @end example
15648 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15649 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15650 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15651 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15652 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15653 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15654 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15656 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15657 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15659 @noindent
15660 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15661 example, the rules
15663 @example
15664 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15665 foo ( # ) := gfoo(#1)
15666 @end example
15668 @noindent
15669 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15670 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15671 number of conditions may be attached; all must be true for the
15672 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15673 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15674 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15676 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15677 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15678 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15679 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15680 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15681 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15682 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15683 results of all conditions are true, the expression (such as
15684 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15685 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15686 goes on to try the next rule in the syntax table.
15688 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15689 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15690 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15691 condition is always true, but as a side effect it defines a
15692 variable which can be used in later conditions, and also in the
15693 expression after the @samp{:=} sign:
15695 @example
15696 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15697 @end example
15699 @noindent
15700 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15701 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15702 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15703 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15705 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15706 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15707 rules.
15709 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15710 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15711 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15712 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15713 conditions and in the result expression.  The arguments to
15714 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15716 @example
15717 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15718 @end example
15720 @noindent
15721 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15722 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15723 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15724 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15725 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15726 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15727 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15728 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15730 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15731 @section The @code{Modes} Variable
15733 @noindent
15734 @kindex m g
15735 @pindex calc-get-modes
15736 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15737 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15738 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15739 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15740 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15741 on the current mode settings.
15743 @cindex @code{Modes} variable
15744 @vindex Modes
15745 The modes vector is also available in the special variable
15746 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15747 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15748 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15749 command will continue to work, however.)
15751 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15752 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15753 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15754 a numeric prefix to the next command.)
15756 The elements of the modes vector are as follows:
15758 @enumerate
15759 @item
15760 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15762 @item
15763 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15765 @item
15766 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15767 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15769 @item
15770 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15772 @item
15773 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15774 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15775 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15776 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15777 command, but note that this may lose information:  For example,
15778 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15779 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15780 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15781 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15782 will still be frozen at 12 significant figures.
15784 @item
15785 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15786 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15788 @item
15789 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15791 @item
15792 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15794 @item
15795 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15796 Command is @kbd{m p}.
15798 @item
15799 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15800 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15801 or @var{N} for  
15802 @texline @math{N\times N}
15803 @infoline @var{N}x@var{N} 
15804 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15806 @item
15807 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15808 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15809 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15811 @item
15812 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15813 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15814 @end enumerate
15816 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15817 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15818 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15819 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15820 keyboard macro.)
15822 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15823 oldest (bottommost) stack entry.
15825 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15826 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15827 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15828 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15829 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15830 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15832 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15833 @section The Calc Mode Line
15835 @noindent
15836 @cindex Mode line indicators
15837 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15838 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15839 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15841 The basic mode line format is:
15843 @example
15844 --%*-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15845 @end example
15847 The @samp{%*} indicates that the buffer is ``read-only''; it shows that
15848 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15849 as if it were text.
15851 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15852 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15853 that are in effect.
15855 The first mode is always the current precision, an integer.
15856 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15857 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15859 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15860 on the mode line:
15862 @table @code
15863 @item Alg
15864 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15866 @item Alg[(
15867 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15869 @item Alg*
15870 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15872 @item Symb
15873 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15875 @item Matrix
15876 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15878 @item Matrix@var{n}
15879 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15881 @item SqMatrix
15882 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15884 @item Scalar
15885 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15887 @item Polar
15888 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15890 @item Frac
15891 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15893 @item Inf
15894 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15896 @item +Inf
15897 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15899 @item NoSimp
15900 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15902 @item NumSimp
15903 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15905 @item BinSimp@var{w}
15906 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15908 @item AlgSimp
15909 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15911 @item ExtSimp
15912 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15914 @item UnitSimp
15915 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15917 @item Bin
15918 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15920 @item Oct
15921 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15923 @item Hex
15924 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15926 @item Radix@var{n}
15927 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15929 @item Zero
15930 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15932 @item Big
15933 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15935 @item Flat
15936 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15938 @item Unform
15939 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15941 @item C
15942 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15944 @item Pascal
15945 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15947 @item Fortran
15948 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15950 @item TeX
15951 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15953 @item LaTeX
15954 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15956 @item Eqn
15957 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15959 @item Math
15960 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15962 @item Maple
15963 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15965 @item Norm@var{n}
15966 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15968 @item Fix@var{n}
15969 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15971 @item Sci
15972 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15974 @item Sci@var{n}
15975 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15977 @item Eng
15978 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15980 @item Eng@var{n}
15981 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15983 @item Left@var{n}
15984 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15986 @item Right
15987 Right-justified display (@kbd{d >}).
15989 @item Right@var{n}
15990 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15992 @item Center
15993 Centered display (@kbd{d =}).
15995 @item Center@var{n}
15996 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15998 @item Wid@var{n}
15999 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
16001 @item Wide
16002 No line breaking (@kbd{d b}).
16004 @item Break
16005 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
16007 @item Save
16008 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
16010 @item Local
16011 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16013 @item LocEdit
16014 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16016 @item LocPerm
16017 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16019 @item Global
16020 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16022 @item Manual
16023 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
16024 Recomputation}).
16026 @item Graph
16027 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
16029 @item Sel
16030 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
16032 @item Dirty
16033 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
16035 @item Inv
16036 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
16038 @item Hyp
16039 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
16041 @item Keep
16042 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
16044 @item Narrow
16045 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
16046 @end table
16048 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
16049 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
16051 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
16052 @chapter Arithmetic Functions
16054 @noindent
16055 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
16056 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
16057 commands work by removing the top one or two values from the stack,
16058 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
16059 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
16060 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
16061 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
16063 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
16064 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
16065 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
16067 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
16068 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
16069 interpret a prefix argument.
16071 @menu
16072 * Basic Arithmetic::
16073 * Integer Truncation::
16074 * Complex Number Functions::
16075 * Conversions::
16076 * Date Arithmetic::
16077 * Financial Functions::
16078 * Binary Functions::
16079 @end menu
16081 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
16082 @section Basic Arithmetic
16084 @noindent
16085 @kindex +
16086 @pindex calc-plus
16087 @ignore
16088 @mindex @null
16089 @end ignore
16090 @tindex +
16091 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16092 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16093 onto the stack.
16095 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16096 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16097 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16098 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16099 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16100 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16101 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16102 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16103 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16104 to every element of a vector.
16106 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16107 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16108 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16109 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16110 conversions for polar addition are non-trivial.
16112 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16113 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16114 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16115 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16116 and then the two HMS forms are added.
16118 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16119 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16120 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16121 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16122 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16123 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16124 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16125 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16127 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16128 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16129 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16130 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16131 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16132 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16133 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16134 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16136 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16137 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16138 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16139 the two values.
16141 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16142 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16143 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16144 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16146 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16147 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16148 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16149 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16151 @kindex -
16152 @pindex calc-minus
16153 @ignore
16154 @mindex @null
16155 @end ignore
16156 @tindex -
16157 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16158 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16159 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16160 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16162 @kindex *
16163 @pindex calc-times
16164 @ignore
16165 @mindex @null
16166 @end ignore
16167 @tindex *
16168 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16169 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16170 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16171 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16172 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16173 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16174 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16175 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16176 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16178 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16179 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16180 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16181 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16182 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16183 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16184 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16185 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16187 @kindex /
16188 @pindex calc-divide
16189 @ignore
16190 @mindex @null
16191 @end ignore
16192 @tindex /
16193 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  
16195 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
16196 is good style to use parentheses to distinguish between possible
16197 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
16198 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
16199 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
16200 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
16201 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
16202 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.  
16203 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
16204 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
16205 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
16206 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
16207 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
16208 @smallexample
16209 @group
16210 a b
16211 ---.
16212 c d
16213 @end group
16214 @end smallexample
16216 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
16217 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
16218 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16219 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16220 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16221 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16222 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16223 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16224 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16225 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16226 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16227 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16228 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16229 transpose the result.
16231 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16232 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16233 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16234 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16235 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16236 interval.
16238 @kindex ^
16239 @pindex calc-power
16240 @ignore
16241 @mindex @null
16242 @end ignore
16243 @tindex ^
16244 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16245 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16246 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16247 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16248 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16249 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16251 @kindex I ^
16252 @tindex nroot
16253 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16254 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16255 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16257 @kindex \
16258 @pindex calc-idiv
16259 @tindex idiv
16260 @ignore
16261 @mindex @null
16262 @end ignore
16263 @tindex \
16264 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16265 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16266 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16267 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16268 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16269 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16271 @kindex %
16272 @pindex calc-mod
16273 @ignore
16274 @mindex @null
16275 @end ignore
16276 @tindex %
16277 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16278 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16279 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16280 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16281 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16282 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16283 must be positive real number.
16285 @kindex :
16286 @pindex calc-fdiv
16287 @tindex fdiv
16288 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16289 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16290 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16291 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16292 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16293 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16294 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16295 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16297 @kindex n
16298 @pindex calc-change-sign
16299 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16300 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16301 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16303 @kindex A
16304 @pindex calc-abs
16305 @tindex abs
16306 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16307 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16308 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16309 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16310 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16311 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16312 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16313 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16314 an interval is defined in the obvious way.
16316 @kindex f A
16317 @pindex calc-abssqr
16318 @tindex abssqr
16319 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16320 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16322 @kindex f s
16323 @pindex calc-sign
16324 @tindex sign
16325 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16326 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16327 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16328 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16329 zero depending on the sign of @samp{a}.
16331 @kindex &
16332 @pindex calc-inv
16333 @tindex inv
16334 @cindex Reciprocal
16335 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16336 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16337 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16339 @kindex Q
16340 @pindex calc-sqrt
16341 @tindex sqrt
16342 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16343 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16344 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16346 @kindex f h
16347 @pindex calc-hypot
16348 @tindex hypot
16349 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16350 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16351 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16352 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16353 magnitudes are used.
16355 @kindex f Q
16356 @pindex calc-isqrt
16357 @tindex isqrt
16358 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16359 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16360 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16361 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16362 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16363 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16364 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16366 @kindex f n
16367 @kindex f x
16368 @pindex calc-min
16369 @tindex min
16370 @pindex calc-max
16371 @tindex max
16372 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16373 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16374 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16375 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16376 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16377 all the arguments.)
16379 @kindex f M
16380 @kindex f X
16381 @pindex calc-mant-part
16382 @tindex mant
16383 @pindex calc-xpon-part
16384 @tindex xpon
16385 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16386 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16387 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16388 @expr{e}.  The original number is equal to 
16389 @texline @math{m \times 10^e},
16390 @infoline @expr{m * 10^e},
16391 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16392 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16393 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16394 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16395 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16396 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16397 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16399 @kindex f S
16400 @pindex calc-scale-float
16401 @tindex scf
16402 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16403 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16404 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16405 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16406 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16408 @kindex f [
16409 @kindex f ]
16410 @pindex calc-decrement
16411 @pindex calc-increment
16412 @tindex decr
16413 @tindex incr
16414 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16415 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16416 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16417 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16418 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16419 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16420 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16421 @samp{0.0} produces 
16422 @texline @math{10^{-p}},
16423 @infoline @expr{10^-p}, 
16424 where @expr{p} is the current
16425 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16426 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16428 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16429 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16430 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16431 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16432 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16433 way floating-point numbers work.
16435 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16436 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16438 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16439 @section Integer Truncation
16441 @noindent
16442 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16443 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16444 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16445 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16446 to integer form.
16448 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16449 expressed as an integer-valued floating-point number.
16451 @cindex Integer part of a number
16452 @kindex F
16453 @pindex calc-floor
16454 @tindex floor
16455 @tindex ffloor
16456 @ignore
16457 @mindex @null
16458 @end ignore
16459 @kindex H F
16460 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16461 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16462 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16463 @mathit{-4}.
16465 @kindex I F
16466 @pindex calc-ceiling
16467 @tindex ceil
16468 @tindex fceil
16469 @ignore
16470 @mindex @null
16471 @end ignore
16472 @kindex H I F
16473 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16474 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16475 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16477 @kindex R
16478 @pindex calc-round
16479 @tindex round
16480 @tindex fround
16481 @ignore
16482 @mindex @null
16483 @end ignore
16484 @kindex H R
16485 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16486 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16487 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16488 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16489 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16491 @kindex I R
16492 @pindex calc-trunc
16493 @tindex trunc
16494 @tindex ftrunc
16495 @ignore
16496 @mindex @null
16497 @end ignore
16498 @kindex H I R
16499 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16500 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16501 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16502 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16504 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16505 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16506 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16507 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16508 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16509 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16511 @ignore
16512 @starindex
16513 @end ignore
16514 @tindex rounde
16515 @ignore
16516 @starindex
16517 @end ignore
16518 @tindex roundu
16519 @ignore
16520 @starindex
16521 @end ignore
16522 @tindex frounde
16523 @ignore
16524 @starindex
16525 @end ignore
16526 @tindex froundu
16527 There are two more rounding functions which can only be entered in
16528 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16529 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16530 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16531 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16532 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16533 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16534 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16535 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16536 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16537 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16538 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16539 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16540 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16541 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16543 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16544 a second argument which specifies the number of digits after the
16545 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16546 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16547 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16548 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16549 no second argument at all.
16551 @cindex Fractional part of a number
16552 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16553 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16554 modulo 1 using the @code{%} command.
16556 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16557 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16558 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16559 arguments and return the result rounded down to an integer.
16561 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16562 @section Complex Number Functions
16564 @noindent
16565 @kindex J
16566 @pindex calc-conj
16567 @tindex conj
16568 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16569 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16570 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16571 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16572 this command replaces each element by its complex conjugate.
16574 @kindex G
16575 @pindex calc-argument
16576 @tindex arg
16577 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16578 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16579 notation, this is simply the second component of the pair
16580 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16581 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16582 The result is expressed according to the current angular mode and will
16583 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16584 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16586 @pindex calc-imaginary
16587 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16588 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16589 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16590 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16592 @kindex f r
16593 @pindex calc-re
16594 @tindex re
16595 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16596 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16597 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16598 the value part.)
16600 @kindex f i
16601 @pindex calc-im
16602 @tindex im
16603 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16604 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16605 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16607 @ignore
16608 @mindex v p
16609 @end ignore
16610 @kindex v p (complex)
16611 @kindex V p (complex)
16612 @pindex calc-pack
16613 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16614 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16615 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16616 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16617 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16619 @ignore
16620 @mindex v u
16621 @end ignore
16622 @kindex v u (complex)
16623 @kindex V u (complex)
16624 @pindex calc-unpack
16625 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16626 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16627 into its separate components.
16629 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16630 @section Conversions
16632 @noindent
16633 The commands described in this section convert numbers from one form
16634 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16636 @kindex c f
16637 @pindex calc-float
16638 @tindex pfloat
16639 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16640 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16641 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16642 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16643 object such as a complex number or vector, each of the components is
16644 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16645 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16646 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16647 format may lose information.
16649 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16650 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16651 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16652 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16653 it does not notice that the thing being floated is a power.
16654 @xref{Selecting Subformulas}.
16656 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16657 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16658 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16659 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16661 @kindex H c f
16662 @tindex float
16663 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16664 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16665 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16666 is left unevaluated because its argument is not a number.
16668 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16669 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16670 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16671 that appear right now.
16673 @kindex c F
16674 @pindex calc-fraction
16675 @tindex pfrac
16676 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16677 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16678 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16679 input number, to within the current precision.  You can also give a
16680 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16681 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16682 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16683 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16684 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16685 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16686 fraction is correct to within that absolute amount.
16688 @kindex H c F
16689 @tindex frac
16690 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16691 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16692 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16694 @kindex c d
16695 @pindex calc-to-degrees
16696 @tindex deg
16697 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16698 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16699 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16700 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16702 @kindex c r
16703 @pindex calc-to-radians
16704 @tindex rad
16705 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16706 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16708 @kindex c h
16709 @pindex calc-to-hms
16710 @tindex hms
16711 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16712 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16713 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16714 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16715 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16717 @pindex calc-from-hms
16718 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16719 stack into a real number according to the current angular mode.
16721 @kindex c p
16722 @kindex I c p
16723 @pindex calc-polar
16724 @tindex polar
16725 @tindex rect
16726 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16727 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16728 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16729 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16730 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16731 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16732 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16733 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16735 @kindex c c
16736 @pindex calc-clean
16737 @tindex pclean
16738 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16739 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16740 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16741 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16742 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16743 angular mode is different from the one under which the number was
16744 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16745 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16746 number (i.e., pervasively).
16748 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16749 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16750 applies the default simplifications even if their automatic application
16751 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16753 @cindex Roundoff errors, correcting
16754 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16755 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16756 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16757 prefix decreases the precision by the specified amount.
16759 @kindex c 0-9
16760 @pindex calc-clean-num
16761 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16762 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16763 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16764 decimal place often conveniently does the trick.
16766 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16767 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16768 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16769 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16770 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16771 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16772 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16774 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16775 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16776 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16777 does not clip small numbers.)
16779 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16780 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16781 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16782 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16783 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16784 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16786 @kindex H c 0-9
16787 @kindex H c c
16788 @tindex clean
16789 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16790 operate non-pervasively [@code{clean}].
16792 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16793 @section Date Arithmetic
16795 @noindent
16796 @cindex Date arithmetic, additional functions
16797 The commands described in this section perform various conversions
16798 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16799 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16800 letters.
16802 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16803 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16804 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16805 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16806 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16807 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16809 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16810 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16811 additional argument from the top of the stack.
16813 @menu
16814 * Date Conversions::
16815 * Date Functions::
16816 * Time Zones::
16817 * Business Days::
16818 @end menu
16820 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16821 @subsection Date Conversions
16823 @noindent
16824 @kindex t D
16825 @pindex calc-date
16826 @tindex date
16827 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16828 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16829 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16830 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16831 argument is a number, it converts this number into a date form.
16833 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16834 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16835 of the following ways:
16837 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16838 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16839 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16840 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16841 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16842 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16843 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16844 month will be used.
16846 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16847 pure date form using the current year, as determined by the
16848 real-time clock.
16850 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16851 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16853 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16854 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16855 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16856 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16857 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16858 The last two arguments default to zero if omitted.
16860 @kindex t J
16861 @pindex calc-julian
16862 @tindex julian
16863 @cindex Julian day counts, conversions
16864 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16865 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16866 since noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an
16867 integer Julian count representing noon of that day.  A date/time form 
16868 is converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16869 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16870 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16871 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16872 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16873 are never time-zone adjusted.
16875 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16876 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16877 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16878 current or specified time zone.
16880 @kindex t U
16881 @pindex calc-unix-time
16882 @tindex unixtime
16883 @cindex Unix time format, conversions
16884 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16885 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16886 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16887 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16888 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16889 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16890 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16891 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16892 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16893 suppress the adjustment if so.
16895 @kindex t C
16896 @pindex calc-convert-time-zones
16897 @tindex tzconv
16898 @cindex Time Zones, converting between
16899 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16900 command converts a date form from one time zone to another.  You
16901 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16902 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16903 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16904 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16905 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16906 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16908 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16909 @subsection Date Functions
16911 @noindent
16912 @kindex t N
16913 @pindex calc-now
16914 @tindex now
16915 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16916 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16917 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16918 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16920 @kindex t P
16921 @pindex calc-date-part
16922 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16923 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16924 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16925 The various part codes are described in the following paragraphs.
16927 @tindex year
16928 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16929 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16930 following functions will also accept a real number for an
16931 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16932 Note that this function will never return zero, since the year
16933 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16935 @tindex month
16936 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16937 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16939 @tindex day
16940 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16941 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16943 @tindex hour
16944 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16945 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16946 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16947 date form.  This function (and the following two) also accept
16948 HMS forms as input.
16950 @tindex minute
16951 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16952 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16954 @tindex second
16955 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16956 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16957 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16958 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16960 @tindex weekday
16961 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16962 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16963 to 6 (Saturday).
16965 @tindex yearday
16966 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16967 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16968 to 366 (December 31 of a leap year).
16970 @tindex time
16971 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16972 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16973 for a pure date form.
16975 @kindex t M
16976 @pindex calc-new-month
16977 @tindex newmonth
16978 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16979 computes a new date form that represents the first day of the month
16980 specified by the input date.  The result is always a pure date
16981 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16982 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16983 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16984 is greater than the actual number of days in the month, or if
16985 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16987 @kindex t Y
16988 @pindex calc-new-year
16989 @tindex newyear
16990 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16991 computes a new pure date form that represents the first day of
16992 the year specified by the input.  The month, day, and time
16993 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16994 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16995 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16996 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16997 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16998 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
17000 @kindex t W
17001 @pindex calc-new-week
17002 @tindex newweek
17003 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
17004 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
17005 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
17006 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
17007 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
17008 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
17010 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
17011 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
17012 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
17013 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
17014 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
17015 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
17016 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
17017 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
17018 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
17019 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
17020 of the @code{weekday} function?).
17022 @ignore
17023 @starindex
17024 @end ignore
17025 @tindex pwday
17026 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
17027 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
17028 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
17029 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
17030 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
17031 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
17032 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
17033 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
17034 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
17035 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
17036 for any day of the week instead of Sunday.
17038 @kindex t I
17039 @pindex calc-inc-month
17040 @tindex incmonth
17041 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
17042 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
17043 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
17044 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
17045 same, except that if the new month has fewer days the day
17046 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
17047 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
17048 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
17049 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
17050 in this case).
17052 @ignore
17053 @starindex
17054 @end ignore
17055 @tindex incyear
17056 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
17057 a date form by the specified number of years, which may be
17058 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
17059 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
17060 simple equivalents in terms of day arithmetic because
17061 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
17062 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
17063 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
17065 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
17066 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
17067 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
17069 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
17070 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
17072 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
17073 @subsection Business Days
17075 @noindent
17076 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
17077 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
17078 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
17079 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
17080 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
17081 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
17083 @kindex t +
17084 @kindex t -
17085 @tindex badd
17086 @tindex bsub
17087 @pindex calc-business-days-plus
17088 @pindex calc-business-days-minus
17089 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
17090 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
17091 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
17092 one argument must be a date form and the other must be a real
17093 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17094 then a certain amount of time is added as well as a number of
17095 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17096 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17097 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17098 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17099 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17100 case the result is the number of business days between the two
17101 dates.
17103 @cindex @code{Holidays} variable
17104 @vindex Holidays
17105 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17106 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17107 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17108 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17109 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17110 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17111 be any of the following kinds of objects:
17113 @itemize @bullet
17114 @item
17115 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17116 particular days which are to be treated as holidays.
17118 @item
17119 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17120 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17122 @item
17123 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17124 considered to be a holiday.
17126 @item
17127 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17128 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17129 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17130 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17131 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17132 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17133 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17134 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17135 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17137 @item
17138 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17139 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17141 @item
17142 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17143 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17144 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17145 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17146 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17147 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17148 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17149 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17150 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17151 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17153 @item
17154 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17155 are to be considered one business day.  For example, if this
17156 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17157 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17158 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17159 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17160 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17161 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17162 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17163 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17164 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17165 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17166 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17167 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17168 @end itemize
17170 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17171 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17172 then be no difference between business days and calendar days.
17174 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17175 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17176 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17177 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17178 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17179 the number of holidays between two dates.)
17181 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17182 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17183 list between the smallest and largest years that have been involved
17184 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17185 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17186 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17187 only a small range of years, Calc will still work out all the
17188 holidays that fall in that 200-year span.
17190 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17191 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17192 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17193 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17194 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17195 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17196 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17197 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17198 equals the number of actual business days between them.  These
17199 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17200 business days to any date, the difference between the result and the
17201 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17202 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17203 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17204 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17206 @ignore
17207 @starindex
17208 @end ignore
17209 @tindex holiday
17210 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17211 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17212 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17213 business day.
17215 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
17216 @subsection Time Zones
17218 @noindent
17219 @cindex Time zones
17220 @cindex Daylight saving time
17221 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17222 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17223 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17224 provided they can figure out this information.  This section describes
17225 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17226 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17227 can't determine the right correction to use.
17229 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17230 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17231 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17232 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17233 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17234 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17235 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17236 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17237 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17238 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17239 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17240 April 7, 1991.
17242 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17243 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17244 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17245 days between two dates without taking daylight saving into account.
17247 @pindex calc-time-zone
17248 @ignore
17249 @starindex
17250 @end ignore
17251 @tindex tzone
17252 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17253 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17254 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17255 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17256 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17257 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17258 the normal difference.
17260 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17261 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17262 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17263 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17264 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17265 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17266 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17267 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17268 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17270 North American and European time zone names are defined as follows;
17271 note that for each time zone there is one name for standard time,
17272 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17273 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17275 @smallexample
17276 @group
17277 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17278  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17280 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17281  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17283 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17284 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17285 @end group
17286 @end smallexample
17288 @vindex math-tzone-names
17289 To define time zone names that do not appear in the above table,
17290 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17291 is a list of lists describing the different time zone names; its
17292 structure is best explained by an example.  The three entries for
17293 Pacific Time look like this:
17295 @smallexample
17296 @group
17297 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17298   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17299   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17300 @end group
17301 @end smallexample
17303 @cindex @code{TimeZone} variable
17304 @vindex TimeZone
17305 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} will by
17306 default get the time zone and daylight saving information from the
17307 calendar (@pxref{Daylight Saving,Calendar/Diary,The Calendar and the Diary,
17308 emacs,The GNU Emacs Manual}).  To use a different time zone, or if the
17309 calendar does not give the desired result, you can set the Calc variable 
17310 @code{TimeZone} (which is by default @code{nil}) to an appropriate
17311 time zone name.  (The easiest way to do this is to edit the
17312 @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T} command, then use the
17313 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save the value of
17314 @code{TimeZone} permanently.)  
17315 If the time zone given by @code{TimeZone} is a generalized time zone,
17316 e.g., @code{EGT}, Calc examines the date being converted to tell whether
17317 to use standard or daylight saving time.  But if the current time zone
17318 is explicit, e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is
17319 used exactly and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17320 The special time zone name @code{local}
17321 is equivalent to no argument; i.e., it uses the information obtained
17322 from the calendar.
17324 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17325 arguments do the same thing as @samp{tzone()}; namely, use the
17326 information from the calendar if @code{TimeZone} is @code{nil}, 
17327 otherwise use the time zone given by @code{TimeZone}.
17329 @vindex math-daylight-savings-hook
17330 @findex math-std-daylight-savings
17331 When Calc computes the daylight saving information itself (i.e., when 
17332 the @code{TimeZone} variable is set), it will by default consider
17333 daylight saving time to begin at 2 a.m.@: on the second Sunday of March
17334 (for years from 2007 on) or on the last Sunday in April (for years
17335 before 2007), and to end at 2 a.m.@: on the first Sunday of
17336 November. (for years from 2007 on) or the last Sunday in October (for
17337 years before 2007).  These are the rules that have been in effect in
17338 much of North America since 1966 and take into account the rule change
17339 that began in 2007.  If you are in a country that uses different rules
17340 for computing daylight saving time, you have two choices: Write your own
17341 daylight saving hook, or control time zones explicitly by setting the
17342 @code{TimeZone} variable and/or always giving a time-zone argument for
17343 the conversion functions.
17345 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17346 name of a function that is used to compute the daylight saving
17347 adjustment for a given date.  The default is
17348 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17349 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17351 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17352 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17353 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17354 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17355 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17356 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17357 converting into a generalized time zone (see below).
17359 @findex math-prev-weekday-in-month
17360 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17361 daylight saving computations.  This is an internal version of
17362 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17363 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17364 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17365 and the weekday number (0-6).
17367 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17368 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17369 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17370 depending on the year number, but the default hook always uses the
17371 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17372 daylight saving hook:
17374 @smallexample
17375 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17376   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17377         ((= (nth 1 dt) 4)
17378          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17379            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17380                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17381                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17382                  (t -1))))
17383         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17384         ((= (nth 1 dt) 10)
17385          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17386            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17387                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17388                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17389                  (t 0))))
17390         (t 0))
17392 @end smallexample
17394 @noindent
17395 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17396 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17397 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17398 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17399 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17401 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17402 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17403 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17404 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17405 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17406 form that falls in this hour results in a time value for the first
17407 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour 
17408 later).
17410 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17411 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17413 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17414 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17415 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17416 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17417 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17418 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17419 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17420 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17421 that the daylight-saving computation is always done in
17422 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17423 is typically represented in.
17425 @ignore
17426 @starindex
17427 @end ignore
17428 @tindex dsadj
17429 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17430 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17431 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17432 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17433 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17434 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17435 the computation is done for the current time zone.
17437 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17438 @section Financial Functions
17440 @noindent
17441 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17442 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17443 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17445 Note that the rate and the number of intervals given to these
17446 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17447 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17448 in months will give you very wrong answers!
17450 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17451 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17452 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17453 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17455 @menu
17456 * Percentages::
17457 * Future Value::
17458 * Present Value::
17459 * Related Financial Functions::
17460 * Depreciation Functions::
17461 * Definitions of Financial Functions::
17462 @end menu
17464 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17465 @subsection Percentages
17467 @kindex M-%
17468 @pindex calc-percent
17469 @tindex %
17470 @tindex percent
17471 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17472 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17473 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17474 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17476 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17477 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17478 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17479 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17480 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17481 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17482 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17483 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17485 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17486 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17487 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17488 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17489 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17490 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17492 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17493 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17494 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17495 represents a rate of 540 percent!
17497 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17498 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17499 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17501 @kindex c %
17502 @pindex calc-convert-percent
17503 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17504 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17505 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17506 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17507 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17508 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17509 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17511 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17512 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17513 @samp{25%}.
17515 @kindex b %
17516 @pindex calc-percent-change
17517 @tindex relch
17518 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17519 calculates the percentage change from one number to another.
17520 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17521 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17522 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17523 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17524 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17525 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17526 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17527 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17529 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17530 @subsection Future Value
17532 @noindent
17533 @kindex b F
17534 @pindex calc-fin-fv
17535 @tindex fv
17536 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17537 the future value of an investment.  It takes three arguments
17538 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17539 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17540 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17541 year, then this function tells you what your investment would be
17542 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17543 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17544 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17545 occur at the @emph{end} of each interval.
17547 @kindex I b F
17548 @tindex fvb
17549 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17550 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17551 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17552 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17553 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17554 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17555 Using the stack, this calculation would have been
17556 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17557 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17559 @kindex H b F
17560 @tindex fvl
17561 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17562 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17563 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17564 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17566 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17567 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17568 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17569 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17570 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17572 To illustrate the relationships between these functions, we could
17573 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17574 final balance will be the sum of the contributions of our five
17575 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17576 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17577 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17578 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17579 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17580 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17581 by @code{fvb} directly.
17583 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17584 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17585 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17586 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17587 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17588 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17589 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17591 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17592 @subsection Present Value
17594 @noindent
17595 @kindex b P
17596 @pindex calc-fin-pv
17597 @tindex pv
17598 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17599 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17600 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17601 It computes the present value of a series of regular payments.
17602 Suppose you have the chance to make an investment that will
17603 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17604 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17605 You want to know whether it is better to make the investment, or
17606 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17607 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17608 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17609 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17610 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17612 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17613 trying to compare the return from the investment you are
17614 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17615 the return from leaving the money in the bank, which is
17616 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17617 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17618 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17619 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17620 the largest amount you should be willing to invest.
17622 @kindex I b P
17623 @tindex pvb
17624 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17625 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17626 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17627 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17628 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17629 earning interest on the return from our investment sooner.
17631 @kindex H b P
17632 @tindex pvl
17633 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17634 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17635 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17636 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17637 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17638 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17639 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17641 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17642 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17643 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17645 @kindex b N
17646 @pindex calc-fin-npv
17647 @tindex npv
17648 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17649 the net present value of a series of irregular investments.
17650 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17651 a vector which represents the expected return from the investment
17652 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17653 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17654 from the first year, second year, and so on.
17656 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17657 Obviously this function is more interesting when the payments are
17658 not all the same!
17660 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17661 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17662 vector statistical functions like @code{vsum}.
17663 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17664 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17665 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17666 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17667 payment values or vectors to take from the stack.
17669 @kindex I b N
17670 @tindex npvb
17671 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17672 value where payments occur at the beginning of each interval
17673 rather than at the end.
17675 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17676 @subsection Related Financial Functions
17678 @noindent
17679 The functions in this section are basically inverses of the
17680 present value functions with respect to the various arguments.
17682 @kindex b M
17683 @pindex calc-fin-pmt
17684 @tindex pmt
17685 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17686 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17687 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17688 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17689 @var{payment}) = @var{amount}}.
17691 @kindex I b M
17692 @tindex pmtb
17693 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17694 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17695 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17696 represents an initial lump-sum investment.
17698 @kindex H b M
17699 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17700 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17702 @kindex b #
17703 @pindex calc-fin-nper
17704 @tindex nper
17705 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17706 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17707 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17708 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17709 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17710 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17711 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17713 @kindex I b #
17714 @tindex nperb
17715 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17716 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17717 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17718 rather slow in the four-argument case.
17720 @kindex H b #
17721 @tindex nperl
17722 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17723 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17724 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17725 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17726 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17728 @kindex b T
17729 @pindex calc-fin-rate
17730 @tindex rate
17731 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17732 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17733 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17734 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17735 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17737 @kindex I b T
17738 @kindex H b T
17739 @tindex rateb
17740 @tindex ratel
17741 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17742 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17743 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17744 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17745 To redo the above example from a different perspective,
17746 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17747 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17749 @kindex b I
17750 @pindex calc-fin-irr
17751 @tindex irr
17752 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17753 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17754 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17755 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17756 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17758 @kindex I b I
17759 @tindex irrb
17760 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17761 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17763 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17764 @subsection Depreciation Functions
17766 @noindent
17767 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17768 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17769 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17770 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17771 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17772 (or other periods) of the expected useful life.
17774 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17775 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17777 @kindex b S
17778 @pindex calc-fin-sln
17779 @tindex sln
17780 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17781 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17782 by the same amount every year (or period).  For example,
17783 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17784 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17785 per year.
17787 @kindex b Y
17788 @pindex calc-fin-syd
17789 @tindex syd
17790 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17791 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17792 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17793 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17794 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17795 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17796 return zero.
17798 @kindex b D
17799 @pindex calc-fin-ddb
17800 @tindex ddb
17801 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17802 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17803 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17805 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17806 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17807 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17809 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17810 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17811 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17812 the three depreciation methods:
17814 @example
17815 @group
17816 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17817   [ 2000, 2667, 2880 ]
17818   [ 2000, 2000, 1728 ]
17819   [ 2000, 1333,  592 ]
17820   [ 2000,  667,   0  ] ]
17821 @end group
17822 @end example
17824 @noindent
17825 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17826 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17827 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17828 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17830 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17831 the total depreciation in any method is (by definition) the
17832 difference between the cost and the salvage value.
17834 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17835 @subsection Definitions
17837 @noindent
17838 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17839 Calc's financial functions.
17841 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17842 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17843 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17844 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17845 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17846 integrals or solving equations involving the functions.
17848 @ifnottex
17849 These formulas are shown using the conventions of Big display
17850 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17851 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17853 @example
17854                                         n
17855                               (1 + rate)  - 1
17856 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17857                                    rate
17859                                          n
17860                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17861 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17862                                          rate
17864                                         n
17865 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17867                                             -n
17868                               1 - (1 + rate)
17869 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17870                                     rate
17872                                              -n
17873                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17874 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17875                                          rate
17877                                         -n
17878 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17880                                     -1               -2               -3
17881 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17883                                         -1               -2
17884 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17886                                              -n
17887                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17888 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17889                                              -n
17890                                1 - (1 + rate)
17892                                              -n
17893                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17894 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17895                                         -n
17896                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17898                                    amt * rate
17899 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17900                                       pmt
17902                                     amt * rate
17903 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17904                                   pmt * (1 + rate)
17906                               amt
17907 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17908                               pmt
17910                            1/n
17911                         pmt
17912 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17913                            1/n
17914                         amt
17916                         cost - salv
17917 sln(cost, salv, life) = -----------
17918                            life
17920                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17921 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17922                                   life * (life + 1) / 2
17924                              book * 2
17925 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17926                                life
17927 @end example
17928 @end ifnottex
17929 @tex
17930 \turnoffactive
17931 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17932 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17933 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17934 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17935 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17936 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17937 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17938 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17939 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17940 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17941                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17942 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17943 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17944 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17945 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17946 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17947 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17948 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17949 @end tex
17951 @noindent
17952 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17954 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17955 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17956 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17957 all sorts of inputs.
17959 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17960 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17961 returning a (financially meaningless) complex number.
17963 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17964 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17965 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17966 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17967 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17968 directly; its formula is shown in the above list.
17970 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17971 for @samp{rate}.
17973 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17974 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17975 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17977 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17978 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17979 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17981 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17982 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17983 formula for the specified number of periods.  If the book value
17984 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17985 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17986 function returns the amount the book value decreased in the specified
17987 period.
17989 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17990 @section Binary Number Functions
17992 @noindent
17993 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17994 the @kbd{b} prefix.
17996 @cindex Binary numbers
17997 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17998 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17999 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
18000 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
18001 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
18003 @cindex Word size for binary operations
18004 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
18005 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
18006 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
18007 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
18008 @expr{2^w} by all binary functions.
18010 If the word size is negative, binary operations produce twos-complement
18011 integers from 
18012 @texline @math{-2^{-w-1}}
18013 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
18014 to 
18015 @texline @math{2^{-w-1}-1}
18016 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
18017 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
18018 @expr{w} affects only the results produced.
18020 @kindex b c
18021 @pindex calc-clip
18022 @tindex clip
18023 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
18024 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
18025 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
18026 their results to the current word size.  Note that other operations like
18027 addition do not use the current word size, since integer addition
18028 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
18029 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
18030 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
18031 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
18033 @kindex b w
18034 @pindex calc-word-size
18035 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
18036 rotates allow you to specify a different word size for that one
18037 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
18038 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
18039 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
18040 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
18041 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
18043 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
18044 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
18045 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
18046 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
18047 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
18048 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
18049 integer-valued floats.
18051 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
18052 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
18053 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
18054 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
18056 @kindex b a
18057 @pindex calc-and
18058 @tindex and
18059 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
18060 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
18061 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
18062 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
18063 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
18065 @kindex b o
18066 @pindex calc-or
18067 @tindex or
18068 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
18069 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
18070 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
18072 @kindex b x
18073 @pindex calc-xor
18074 @tindex xor
18075 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
18076 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
18077 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
18079 @kindex b d
18080 @pindex calc-diff
18081 @tindex diff
18082 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
18083 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
18084 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
18086 @kindex b n
18087 @pindex calc-not
18088 @tindex not
18089 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
18090 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
18092 @kindex b l
18093 @pindex calc-lshift-binary
18094 @tindex lsh
18095 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18096 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18097 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18098 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18099 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18100 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18102 @kindex H b l
18103 @kindex H b r
18104 @ignore
18105 @mindex @idots
18106 @end ignore
18107 @kindex H b L
18108 @ignore
18109 @mindex @null
18110 @end ignore
18111 @kindex H b R
18112 @ignore
18113 @mindex @null
18114 @end ignore
18115 @kindex H b t
18116 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18117 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18118 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18119 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18120 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18122 @kindex b r
18123 @pindex calc-rshift-binary
18124 @tindex rsh
18125 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18126 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18127 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18129 @kindex b L
18130 @pindex calc-lshift-arith
18131 @tindex ash
18132 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18133 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18134 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18135 is performed as described below.
18137 @kindex b R
18138 @pindex calc-rshift-arith
18139 @tindex rash
18140 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18141 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18142 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18143 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18144 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18145 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18146 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18147 performs a standard left shift.
18149 @kindex b t
18150 @pindex calc-rotate-binary
18151 @tindex rot
18152 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18153 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18154 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18155 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18156 or right.
18158 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18159 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18160 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18161 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18162 bits in a binary integer.
18164 Another interesting use of the set representation of binary integers
18165 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18166 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18167 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18168 into a binary integer.
18170 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18171 @chapter Scientific Functions
18173 @noindent
18174 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18175 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18176 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18177 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18179 @kindex P
18180 @pindex calc-pi
18181 @cindex @code{pi} variable
18182 @vindex pi
18183 @kindex H P
18184 @cindex @code{e} variable
18185 @vindex e
18186 @kindex I P
18187 @cindex @code{gamma} variable
18188 @vindex gamma
18189 @cindex Gamma constant, Euler's
18190 @cindex Euler's gamma constant
18191 @kindex H I P
18192 @cindex @code{phi} variable
18193 @cindex Phi, golden ratio
18194 @cindex Golden ratio
18195 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18196 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18197 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18198 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18199 @texline @math{\gamma}
18200 @infoline @expr{gamma} 
18201 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18202 pushes the ``golden ratio'' 
18203 @texline @math{\phi}
18204 @infoline @expr{phi} 
18205 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18206 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18207 In Symbolic mode, these commands push the
18208 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18209 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18211 @ignore
18212 @mindex Q
18213 @end ignore
18214 @ignore
18215 @mindex I Q
18216 @end ignore
18217 @kindex I Q
18218 @tindex sqr
18219 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18220 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18221 computes the square of the argument.
18223 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18224 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18225 interpret a prefix argument.
18227 @menu
18228 * Logarithmic Functions::
18229 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18230 * Advanced Math Functions::
18231 * Branch Cuts::
18232 * Random Numbers::
18233 * Combinatorial Functions::
18234 * Probability Distribution Functions::
18235 @end menu
18237 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18238 @section Logarithmic Functions
18240 @noindent
18241 @kindex L
18242 @pindex calc-ln
18243 @tindex ln
18244 @ignore
18245 @mindex @null
18246 @end ignore
18247 @kindex I E
18248 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18249 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18250 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18251 this is redundant with the @kbd{E} command.
18253 @kindex E
18254 @pindex calc-exp
18255 @tindex exp
18256 @ignore
18257 @mindex @null
18258 @end ignore
18259 @kindex I L
18260 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18261 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18262 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18263 the @code{calc-ln} command.
18265 @kindex H L
18266 @kindex H E
18267 @pindex calc-log10
18268 @tindex log10
18269 @tindex exp10
18270 @ignore
18271 @mindex @null
18272 @end ignore
18273 @kindex H I L
18274 @ignore
18275 @mindex @null
18276 @end ignore
18277 @kindex H I E
18278 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18279 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18280 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18281 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18282 by 
18283 @texline @math{\ln10}.
18284 @infoline @expr{ln(10)}.
18286 @kindex B
18287 @kindex I B
18288 @pindex calc-log
18289 @tindex log
18290 @tindex alog
18291 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18292 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18293 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18294 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18295 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18296 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18297 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18298 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18300 @kindex f I
18301 @pindex calc-ilog
18302 @tindex ilog
18303 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18304 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18305 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18306 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18307 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18308 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18309 @samp{floor(log(x,b))}.
18311 @kindex f E
18312 @pindex calc-expm1
18313 @tindex expm1
18314 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18315 @texline @math{e^x - 1},
18316 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18317 but using an algorithm that produces a more accurate
18318 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18319 @texline @math{e^x}
18320 @infoline @expr{exp(x)} 
18321 is close to one.
18323 @kindex f L
18324 @pindex calc-lnp1
18325 @tindex lnp1
18326 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18327 @texline @math{\ln(x+1)},
18328 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18329 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18331 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18332 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18334 @noindent
18335 @kindex S
18336 @pindex calc-sin
18337 @tindex sin
18338 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18339 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18340 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18341 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18342 on complex numbers.
18344 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18345 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18346 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18347 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18348 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18350 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18351 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18352 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18353 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18354 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18355 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18356 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18357 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18358 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18359 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18361 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18362 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18363 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18364 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18366 @kindex I S
18367 @pindex calc-arcsin
18368 @tindex arcsin
18369 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18370 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18371 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18372 notation depending on the current angular mode.
18374 @kindex H S
18375 @pindex calc-sinh
18376 @tindex sinh
18377 @kindex H I S
18378 @pindex calc-arcsinh
18379 @tindex arcsinh
18380 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18381 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18382 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18383 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18385 @kindex C
18386 @pindex calc-cos
18387 @tindex cos
18388 @ignore
18389 @mindex @idots
18390 @end ignore
18391 @kindex I C
18392 @pindex calc-arccos
18393 @ignore
18394 @mindex @null
18395 @end ignore
18396 @tindex arccos
18397 @ignore
18398 @mindex @null
18399 @end ignore
18400 @kindex H C
18401 @pindex calc-cosh
18402 @ignore
18403 @mindex @null
18404 @end ignore
18405 @tindex cosh
18406 @ignore
18407 @mindex @null
18408 @end ignore
18409 @kindex H I C
18410 @pindex calc-arccosh
18411 @ignore
18412 @mindex @null
18413 @end ignore
18414 @tindex arccosh
18415 @ignore
18416 @mindex @null
18417 @end ignore
18418 @kindex T
18419 @pindex calc-tan
18420 @ignore
18421 @mindex @null
18422 @end ignore
18423 @tindex tan
18424 @ignore
18425 @mindex @null
18426 @end ignore
18427 @kindex I T
18428 @pindex calc-arctan
18429 @ignore
18430 @mindex @null
18431 @end ignore
18432 @tindex arctan
18433 @ignore
18434 @mindex @null
18435 @end ignore
18436 @kindex H T
18437 @pindex calc-tanh
18438 @ignore
18439 @mindex @null
18440 @end ignore
18441 @tindex tanh
18442 @ignore
18443 @mindex @null
18444 @end ignore
18445 @kindex H I T
18446 @pindex calc-arctanh
18447 @ignore
18448 @mindex @null
18449 @end ignore
18450 @tindex arctanh
18451 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18452 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18453 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18454 variants of these functions.
18456 @kindex f T
18457 @pindex calc-arctan2
18458 @tindex arctan2
18459 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18460 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18461 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18462 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18463 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18464 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18465 since the division loses information about the signs of the two
18466 components, and an error might result from an explicit division by zero
18467 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18468 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18470 @pindex calc-sincos
18471 @ignore
18472 @starindex
18473 @end ignore
18474 @tindex sincos
18475 @ignore
18476 @starindex
18477 @end ignore
18478 @ignore
18479 @mindex arc@idots
18480 @end ignore
18481 @tindex arcsincos
18482 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18483 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18484 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18485 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18486 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18487 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18489 @pindex calc-sec
18490 @tindex sec
18491 @pindex calc-csc
18492 @tindex csc
18493 @pindex calc-cot
18494 @tindex cot
18495 @pindex calc-sech
18496 @tindex sech
18497 @pindex calc-csch
18498 @tindex csch
18499 @pindex calc-coth
18500 @tindex coth
18501 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18502 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-cot} [@code{cot}], are also
18503 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18504 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18505 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-coth}
18506 [@code{coth}].  (These commands do not accept the Inverse flag.)
18508 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18509 @section Advanced Mathematical Functions
18511 @noindent
18512 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18513 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18514 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18515 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18516 handle error forms or intervals as arguments.
18518 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18519 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18520 current precision comfortably higher than you actually need when
18521 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18522 slow for some values of the arguments.
18524 @kindex f g
18525 @pindex calc-gamma
18526 @tindex gamma
18527 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18528 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18529 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18530 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18531 integral:  
18532 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18533 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18534 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18536 @kindex f G
18537 @tindex gammaP
18538 @ignore
18539 @mindex @idots
18540 @end ignore
18541 @kindex I f G
18542 @ignore
18543 @mindex @null
18544 @end ignore
18545 @kindex H f G
18546 @ignore
18547 @mindex @null
18548 @end ignore
18549 @kindex H I f G
18550 @pindex calc-inc-gamma
18551 @ignore
18552 @mindex @null
18553 @end ignore
18554 @tindex gammaQ
18555 @ignore
18556 @mindex @null
18557 @end ignore
18558 @tindex gammag
18559 @ignore
18560 @mindex @null
18561 @end ignore
18562 @tindex gammaG
18563 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18564 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18565 the integral, 
18566 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18567 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18568 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18569 definition of the normal gamma function).
18571 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18572 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18573 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18574 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18575 @expr{x} to infinity.
18577 @ifnottex
18578 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18579 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18580 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18581 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18582 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18583 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18584 @end ifnottex
18585 @tex
18586 \turnoffactive
18587 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18588 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18589 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18590 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18591 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18592 @end tex
18594 @kindex f b
18595 @pindex calc-beta
18596 @tindex beta
18597 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18598 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18599 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18600 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18601 or by
18602 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18603 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18605 @kindex f B
18606 @kindex H f B
18607 @pindex calc-inc-beta
18608 @tindex betaI
18609 @tindex betaB
18610 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18611 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18612 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18613 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18614 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18615 un-normalized version [@code{betaB}].
18617 @kindex f e
18618 @kindex I f e
18619 @pindex calc-erf
18620 @tindex erf
18621 @tindex erfc
18622 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18623 error function 
18624 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18625 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18626 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18627 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18628 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18629 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18631 @kindex f j
18632 @kindex f y
18633 @pindex calc-bessel-J
18634 @pindex calc-bessel-Y
18635 @tindex besJ
18636 @tindex besY
18637 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18638 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18639 functions of the first and second kinds, respectively.
18640 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18641 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18642 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18643 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18644 Use with care!
18646 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18647 @section Branch Cuts and Principal Values
18649 @noindent
18650 @cindex Branch cuts
18651 @cindex Principal values
18652 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18653 defined for complex numbers as well as for reals.
18654 This section describes the values
18655 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18656 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18657 second edition, in these matters.  This section will describe each
18658 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18659 diagrams), consult Steele's book.
18661 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18662 changed between the first and second editions of Steele.  Recent
18663 versions of Calc follow the second edition.
18665 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18666 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18667 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18668 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18669 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18670 or II and IV for @code{arctanh}.
18672 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18673 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18674 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18675 and wait a while to get suitable answers from them.
18677 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18678 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18679 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18680 in the right half of the complex plane.
18682 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18683 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18684 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18685 negative real axis.
18687 The following table describes these branch cuts in another way.
18688 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18689 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18690 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18691 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18693 @smallexample
18694      z           sqrt(z)       ln(z)
18695 ----------------------------------------
18696    +,   0         +,  0       any, 0
18697    -,   0         0,  +       any, pi
18698    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18699    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18700 @end smallexample
18702 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18703 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18704 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18705 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18706 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18707 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18709 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18710 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18712 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18713 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18714 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18716 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18717 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18718 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18720 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18721 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18722 above @expr{i}.
18724 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18725 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18726 real axis less than 1.
18728 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18729 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18731 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18732 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18733 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18735 @smallexample
18736        z             arcsin(z)            arccos(z)
18737 -------------------------------------------------------
18738  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18739  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18740  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18741    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18742    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18743    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18744     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18745     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18746     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18747 @end smallexample
18749 @smallexample
18750        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18751 -----------------------------------------------------
18752  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18753  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18754  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18755    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18756    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18757    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18758     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18759     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18760     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18761 @end smallexample
18763 @smallexample
18764        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18765 -----------------------------------------------------
18766    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18767    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18768  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18769  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18770    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18771  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18772  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18773 @end smallexample
18775 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18776 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18777 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18779 @smallexample
18780 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18781 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18782 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18783 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18784 @end smallexample
18786 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18787 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18788 are not rigorously specified at present.
18790 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18791 @section Random Numbers
18793 @noindent
18794 @kindex k r
18795 @pindex calc-random
18796 @tindex random
18797 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18798 random numbers of various sorts.
18800 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18801 integer @expr{N} in the range 
18802 @texline @math{0 \le N < M}.
18803 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18804 Each possible value @expr{N} appears with equal probability.
18806 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18807 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18808 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18809 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18810 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18811 the result is a random integer in the range 
18812 @texline @math{M < N \le 0}.
18813 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18815 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18816 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18817 @texline @math{0 \le N < M}
18818 @infoline @expr{0 <= N < M}
18819 or 
18820 @texline @math{M < N \le 0},
18821 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18822 according to the sign of @expr{M}.
18824 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18825 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18826 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18827 every other call to this function will be especially fast.
18829 If @expr{M} is an error form 
18830 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18831 @infoline @samp{m +/- s} 
18832 where @var{m} and 
18833 @texline @math{\sigma}
18834 @infoline @var{s} 
18835 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18836 @var{m} and standard deviation 
18837 @texline @math{\sigma}.
18838 @infoline @var{s}.
18840 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18841 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18842 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18843 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18844 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18845 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18846 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18847 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18848 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18849 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18850 extremely small.)
18852 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18853 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18855 @vindex RandSeed
18856 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18857 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18858 the current time and other information.  You can get a reproducible
18859 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18860 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18861 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18862 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18863 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18864 from the current time.  If you store the same integer that you used
18865 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18866 of random numbers as before.
18868 @pindex calc-rrandom
18869 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18870 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18872 @kindex k a
18873 @pindex calc-random-again
18874 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18875 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18876 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18877 that value of @expr{M}.
18879 @kindex k h
18880 @pindex calc-shuffle
18881 @tindex shuffle
18882 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18883 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18884 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18885 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18886 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18887 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18888 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18890 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18891 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18892 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18893 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18894 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18895 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18896 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18897 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18898 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18899 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18900 each make it into the result vector.)
18902 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18903 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18904 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18905 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18906 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18907 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18908 a small discrete set of possibilities.
18910 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18911 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18912 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18913 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18914 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18916 @menu
18917 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18918 @end menu
18920 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18921 @subsection Random Number Generator
18923 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18924 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18925 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18926 of the theory of random number generators and their measurement and
18927 characterization.
18929 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18930 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18931 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18932 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18934 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18935 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18936 random number sequence will be different every time you use Calc.
18938 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18939 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18940 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18941 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18942 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18943 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18944 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18945 generators that are typically used to implement @code{random}.
18947 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18948 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18949 computing 
18950 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18951 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18952 This method expands the seed
18953 value into a large table which is maintained internally; the variable
18954 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18955 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18956 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18957 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18958 way to extract the complete state of the random number generator
18959 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18960 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18961 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18962 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18963 to reseed the generator with that number.
18965 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18966 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18967 to generate a new random number, it uses the previous number to
18968 index into the table, picks the value it finds there as the new
18969 random number, then replaces that table entry with a new value
18970 obtained from a call to the base random number generator (either
18971 the additive congruential generator or the @code{random} function
18972 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18973 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18974 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18975 damage its randomness.
18977 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18978 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18979 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18980 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18981 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18982 value.
18984 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18985 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18986 @texline @math{10^{-p}}.
18987 @infoline @expr{10^-p}.  
18988 The resulting random numbers should be very clean, but note
18989 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18990 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18991 numbers on the order of 
18992 @texline @math{10^{-9}}
18993 @infoline @expr{10^-9} 
18994 or 
18995 @texline @math{10^{-10}},
18996 @infoline @expr{10^-10}, 
18997 but those numbers will only have two or three random digits since they
18998 correspond to small integers times 
18999 @texline @math{10^{-12}}.
19000 @infoline @expr{10^-12}.
19002 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
19003 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
19004 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
19005 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
19006 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
19007 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
19008 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
19009 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
19010 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
19011 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
19013 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
19014 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
19015 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
19016 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
19018 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
19019 @section Combinatorial Functions
19021 @noindent
19022 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
19023 @kbd{k} key prefix.
19025 @kindex k g
19026 @pindex calc-gcd
19027 @tindex gcd
19028 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
19029 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
19030 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
19031 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
19032 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
19033 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
19034 the operation is left in symbolic form.
19036 @kindex k l
19037 @pindex calc-lcm
19038 @tindex lcm
19039 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
19040 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
19041 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
19042 numbers.
19044 @kindex k E
19045 @pindex calc-extended-gcd
19046 @tindex egcd
19047 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
19048 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
19049 @expr{[g, a, b]} where 
19050 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
19051 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
19053 @kindex !
19054 @pindex calc-factorial
19055 @tindex fact
19056 @ignore
19057 @mindex @null
19058 @end ignore
19059 @tindex !
19060 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
19061 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
19062 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
19063 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
19064 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
19065 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
19066 large factorials can be slow; using floating-point format will help
19067 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
19068 the commands in this section.
19070 @kindex k d
19071 @pindex calc-double-factorial
19072 @tindex dfact
19073 @ignore
19074 @mindex @null
19075 @end ignore
19076 @tindex !!
19077 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
19078 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
19079 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
19080 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
19081 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
19082 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
19083 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
19085 @kindex k c
19086 @pindex calc-choose
19087 @tindex choose
19088 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
19089 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
19090 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
19091 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
19092 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
19093 real numbers by
19094 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19095 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19097 @kindex H k c
19098 @pindex calc-perm
19099 @tindex perm
19100 @ifnottex
19101 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19102 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19103 @end ifnottex
19104 @tex
19105 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19106 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19107 @end tex
19109 @kindex k b
19110 @kindex H k b
19111 @pindex calc-bernoulli-number
19112 @tindex bern
19113 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19114 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19115 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19116 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19117 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19118 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19119 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19121 @kindex k e
19122 @kindex H k e
19123 @pindex calc-euler-number
19124 @tindex euler
19125 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19126 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19127 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19128 functions.
19130 @kindex k s
19131 @kindex H k s
19132 @pindex calc-stirling-number
19133 @tindex stir1
19134 @tindex stir2
19135 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19136 computes a Stirling number of the first 
19137 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19138 @infoline kind,
19139 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19140 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
19141 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19142 @infoline kind.
19143 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19144 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19145 non-empty sets, respectively.
19147 @kindex k p
19148 @pindex calc-prime-test
19149 @cindex Primes
19150 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19151 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19152 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19153 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19154 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19155 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19156 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19157 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19158 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19159 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19160 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19161 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19162 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19164 @ignore
19165 @starindex
19166 @end ignore
19167 @tindex prime
19168 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19169 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19170 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19171 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19172 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19173 is (probably) prime and 0 if not.
19175 @kindex k f
19176 @pindex calc-prime-factors
19177 @tindex prfac
19178 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19179 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19180 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19181 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19182 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19183 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19184 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19185 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19186 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19188 @kindex k n
19189 @pindex calc-next-prime
19190 @ignore
19191 @mindex nextpr@idots
19192 @end ignore
19193 @tindex nextprime
19194 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19195 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19196 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19197 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19198 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19199 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19200 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19201 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19202 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19203 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19204 prime.
19206 @kindex I k n
19207 @pindex calc-prev-prime
19208 @ignore
19209 @mindex prevpr@idots
19210 @end ignore
19211 @tindex prevprime
19212 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19213 analogously finds the next prime less than a given number.
19215 @kindex k t
19216 @pindex calc-totient
19217 @tindex totient
19218 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19219 Euler ``totient'' 
19220 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19221 @infoline function,
19222 the number of integers less than @expr{n} which
19223 are relatively prime to @expr{n}.
19225 @kindex k m
19226 @pindex calc-moebius
19227 @tindex moebius
19228 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19229 @texline M@"obius @math{\mu}
19230 @infoline Moebius ``mu''
19231 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19232 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19233 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19234 the result is zero.
19236 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19237 @section Probability Distribution Functions
19239 @noindent
19240 The functions in this section compute various probability distributions.
19241 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19242 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19243 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19244 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19245 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19246 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19247 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19249 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19250 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19251 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19252 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19253 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19254 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19256 @kindex k B
19257 @kindex I k B
19258 @pindex calc-utpb
19259 @tindex utpb
19260 @tindex ltpb
19261 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19262 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19263 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19264 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19265 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19266 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19267 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19269 The other probability distribution functions similarly take the
19270 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19271 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19272 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19273 the random variable first, then whatever other parameters define the
19274 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19275 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19276 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19277 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19278 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19279 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19281 @kindex k C
19282 @pindex calc-utpc
19283 @tindex utpc
19284 @ignore
19285 @mindex @idots
19286 @end ignore
19287 @kindex I k C
19288 @ignore
19289 @mindex @null
19290 @end ignore
19291 @tindex ltpc
19292 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19293 @texline @math{\nu}
19294 @infoline @expr{v} 
19295 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19296 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19298 @kindex k F
19299 @pindex calc-utpf
19300 @tindex utpf
19301 @ignore
19302 @mindex @idots
19303 @end ignore
19304 @kindex I k F
19305 @ignore
19306 @mindex @null
19307 @end ignore
19308 @tindex ltpf
19309 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19310 various statistical tests.  The parameters 
19311 @texline @math{\nu_1}
19312 @infoline @expr{v1} 
19313 and 
19314 @texline @math{\nu_2}
19315 @infoline @expr{v2}
19316 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19317 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19319 @kindex k N
19320 @pindex calc-utpn
19321 @tindex utpn
19322 @ignore
19323 @mindex @idots
19324 @end ignore
19325 @kindex I k N
19326 @ignore
19327 @mindex @null
19328 @end ignore
19329 @tindex ltpn
19330 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19331 with mean @expr{m} and standard deviation 
19332 @texline @math{\sigma}.
19333 @infoline @expr{s}.  
19334 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19335 would exceed @expr{x}.
19337 @kindex k P
19338 @pindex calc-utpp
19339 @tindex utpp
19340 @ignore
19341 @mindex @idots
19342 @end ignore
19343 @kindex I k P
19344 @ignore
19345 @mindex @null
19346 @end ignore
19347 @tindex ltpp
19348 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19349 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19350 Poisson random events will occur.
19352 @kindex k T
19353 @pindex calc-ltpt
19354 @tindex utpt
19355 @ignore
19356 @mindex @idots
19357 @end ignore
19358 @kindex I k T
19359 @ignore
19360 @mindex @null
19361 @end ignore
19362 @tindex ltpt
19363 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19364 with 
19365 @texline @math{\nu}
19366 @infoline @expr{v} 
19367 degrees of freedom.  It is the probability that a
19368 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19369 (Note:  This computes the distribution function 
19370 @texline @math{A(t|\nu)}
19371 @infoline @expr{A(t|v)}
19372 where 
19373 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19374 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19375 and 
19376 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19377 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19378 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19379 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19381 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19382 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19383 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19384 to be able to find a solution given any initial guess.
19385 @xref{Numerical Solutions}.
19387 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19388 @chapter Vector/Matrix Functions
19390 @noindent
19391 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19392 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19393 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19394 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19395 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19397 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19398 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19399 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19400 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19401 vector of matrices, and so on.)
19403 @menu
19404 * Packing and Unpacking::
19405 * Building Vectors::
19406 * Extracting Elements::
19407 * Manipulating Vectors::
19408 * Vector and Matrix Arithmetic::
19409 * Set Operations::
19410 * Statistical Operations::
19411 * Reducing and Mapping::
19412 * Vector and Matrix Formats::
19413 @end menu
19415 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19416 @section Packing and Unpacking
19418 @noindent
19419 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19420 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19421 described in this chapter because they are most often used to build
19422 vectors.
19424 @kindex v p
19425 @kindex V p
19426 @pindex calc-pack
19427 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19428 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19429 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19430 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19431 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19432 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19433 five stack elements and push back a single vector of those five
19434 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19436 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19437 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19438 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19439 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19441 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19443 @table @cite
19444 @item -1
19445 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19446 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19447 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19448 number.  The two input values must both be real numbers,
19449 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19450 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19451 other packing modes also create a symbolic answer if the
19452 components are not suitable.)
19454 @item -2
19455 Two values are collected to build a polar complex number.
19456 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19457 in either degrees or radians according to the current angular
19458 mode.
19460 @item -3
19461 Three values are collected into an HMS form.  The first
19462 two values (hours and minutes) must be integers or
19463 integer-valued floats.  The third value may be any real
19464 number.
19466 @item -4
19467 Two values are collected into an error form.  The inputs
19468 may be real numbers or formulas.
19470 @item -5
19471 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19472 must be real numbers.
19474 @item -6
19475 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19476 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19478 @item -7
19479 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19481 @item -8
19482 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19484 @item -9
19485 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19487 @item -10
19488 Two integer values are collected into a fraction.
19490 @item -11
19491 Two values are collected into a floating-point number.
19492 The first is the mantissa; the second, which must be an
19493 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19494 times ten to the power of the exponent.
19496 @item -12
19497 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19498 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19499 is desired.
19501 @item -13
19502 A real number is converted into a date form.
19504 @item -14
19505 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19507 @item -15
19508 Six numbers are packed into a date/time form.
19509 @end table
19511 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19512 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19513 length, the result is another vector made by packing corresponding
19514 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19515 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19516 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19517 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19518 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19519 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19520 numbers modulo @var{M}.
19522 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19523 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19524 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19525 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19526 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19528 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19529 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19530 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19531 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19532 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19534 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19535 packing are done at that level as described above.  For
19536 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19537 @texline @math{2\times3}
19538 @infoline 2x3
19539 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19540 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19541 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19543 @ignore
19544 @starindex
19545 @end ignore
19546 @tindex pack
19547 There is an equivalent algebraic function,
19548 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19549 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19550 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19551 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19552 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19553 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19554 number of data items does not match the number of items required
19555 by the mode.
19557 @kindex v u
19558 @kindex V u
19559 @pindex calc-unpack
19560 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19561 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19562 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19563 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19564 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19565 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19567 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19568 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19569 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19570 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19571 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19572 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19573 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19575 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19576 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19577 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19578 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19579 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19580 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19581 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19582 is not a composite object.
19584 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19585 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19586 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19587 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19588 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19589 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19590 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19591 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19593 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19594 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19595 except that in addition to the components of the input object,
19596 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19597 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19598 original object.
19600 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19601 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19602 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19603 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19605 @ignore
19606 @starindex
19607 @end ignore
19608 @tindex unpack
19609 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19610 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19611 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19612 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19613 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19614 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19616 @ignore
19617 @starindex
19618 @end ignore
19619 @tindex unpackt
19620 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19621 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19622 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19623 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19624 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19625 The identity for re-building the original object is
19626 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19627 @code{apply} function builds a function call given the function
19628 name and a vector of arguments.)
19630 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19631 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19632 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19633 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19635 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19636 @section Building Vectors
19638 @noindent
19639 Vectors and matrices can be added,
19640 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19642 @kindex |
19643 @pindex calc-concat
19644 @ignore
19645 @mindex @null
19646 @end ignore
19647 @tindex |
19648 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19649 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19650 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19651 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19652 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19653 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19655 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19656 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19657 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19658 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19659 one-row matrix.
19661 @kindex H |
19662 @tindex append
19663 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19664 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19665 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19666 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19667 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19669 @kindex I |
19670 @kindex H I |
19671 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19672 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19673 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19675 @kindex v d
19676 @kindex V d
19677 @pindex calc-diag
19678 @tindex diag
19679 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19680 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19681 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19682 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19683 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19684 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19685 the prefix argument is required.
19687 To build a constant square matrix, e.g., a 
19688 @texline @math{3\times3}
19689 @infoline 3x3
19690 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19691 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19692 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19694 @kindex v i
19695 @kindex V i
19696 @pindex calc-ident
19697 @tindex idn
19698 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19699 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19700 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19701 this command prompts for one.
19703 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19704 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19705 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19706 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19707 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19708 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19709 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19710 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19711 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19712 identity matrices are immediately expanded to the current default
19713 dimensions.
19715 @kindex v x
19716 @kindex V x
19717 @pindex calc-index
19718 @tindex index
19719 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19720 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19721 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19722 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19723 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19725 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19726 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19727 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19728 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19729 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19730 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19731 of numbers or formulas.
19733 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19734 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19735 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19736 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19737 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19738 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19740 @kindex v b
19741 @kindex V b
19742 @pindex calc-build-vector
19743 @tindex cvec
19744 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19745 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19746 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19747 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19748 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19749 to build a matrix of copies of that row.)
19751 @kindex v h
19752 @kindex V h
19753 @kindex I v h
19754 @kindex I V h
19755 @pindex calc-head
19756 @pindex calc-tail
19757 @tindex head
19758 @tindex tail
19759 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19760 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19761 function returns the vector with its first element removed.  In both
19762 cases, the argument must be a non-empty vector.
19764 @kindex v k
19765 @kindex V k
19766 @pindex calc-cons
19767 @tindex cons
19768 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19769 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19770 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19771 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19772 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19774 @kindex H v h
19775 @kindex H V h
19776 @tindex rhead
19777 @ignore
19778 @mindex @idots
19779 @end ignore
19780 @kindex H I v h
19781 @kindex H I V h
19782 @ignore
19783 @mindex @null
19784 @end ignore
19785 @kindex H v k
19786 @kindex H V k
19787 @ignore
19788 @mindex @null
19789 @end ignore
19790 @tindex rtail
19791 @ignore
19792 @mindex @null
19793 @end ignore
19794 @tindex rcons
19795 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19796 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19797 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19798 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19799 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19800 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19801 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19803 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19804 @section Extracting Vector Elements
19806 @noindent
19807 @kindex v r
19808 @kindex V r
19809 @pindex calc-mrow
19810 @tindex mrow
19811 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19812 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19813 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19814 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19815 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19816 form of a vector or scalar, respectively.
19818 @cindex Permutations, applying
19819 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19820 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19821 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19822 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19823 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19824 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19826 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19827 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19828 submatrix is returned.
19830 @cindex Subscript notation
19831 @kindex a _
19832 @pindex calc-subscript
19833 @tindex subscr
19834 @tindex _
19835 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19836 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19837 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19838 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19839 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19840 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19841 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19842 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19843 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19844 purely as an algebraic notation.)
19846 @tindex mrrow
19847 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19848 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19849 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19850 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19851 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19853 @tindex getdiag
19854 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19855 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19856 function is called @code{getdiag}.
19858 @kindex v c
19859 @kindex V c
19860 @pindex calc-mcol
19861 @tindex mcol
19862 @tindex mrcol
19863 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19864 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19865 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19866 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19867 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19868 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19870 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19871 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19872 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19873 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19874 of matrix @expr{m}.
19876 @kindex v s
19877 @kindex V s
19878 @pindex calc-subvector
19879 @tindex subvec
19880 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19881 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19882 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19883 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19884 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19885 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19886 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19887 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19889 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19890 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19891 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19892 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19893 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19894 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19895 has this effect when used as the ending index.
19897 @kindex I v s
19898 @kindex I V s
19899 @tindex rsubvec
19900 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19901 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19902 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19903 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19904 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19906 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19907 vectors one element at a time.
19909 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19910 @section Manipulating Vectors
19912 @noindent
19913 @kindex v l
19914 @kindex V l
19915 @pindex calc-vlength
19916 @tindex vlen
19917 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19918 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19919 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19920 command.
19922 @kindex H v l
19923 @kindex H V l
19924 @tindex mdims
19925 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19926 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19927 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19928 its argument is a 
19929 @texline @math{2\times3}
19930 @infoline 2x3
19931 matrix.
19933 @kindex v f
19934 @kindex V f
19935 @pindex calc-vector-find
19936 @tindex find
19937 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19938 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19939 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19940 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19941 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19942 allows you to select any starting index for the search.
19944 @kindex v a
19945 @kindex V a
19946 @pindex calc-arrange-vector
19947 @tindex arrange
19948 @cindex Arranging a matrix
19949 @cindex Reshaping a matrix
19950 @cindex Flattening a matrix
19951 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19952 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19953 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19954 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19955 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19956 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19957 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19958 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19959 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19960 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19961 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19962 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19963 @texline @math{1\times4}
19964 @infoline 1x4
19965 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19966 @texline @math{4\times1}
19967 @infoline 4x1
19968 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19969 @texline @math{2\times2}
19970 @infoline 2x2
19971 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19972 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19973 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19975 @cindex Sorting data
19976 @kindex v S
19977 @kindex V S
19978 @kindex I v S
19979 @kindex I V S
19980 @pindex calc-sort
19981 @tindex sort
19982 @tindex rsort
19983 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19984 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19985 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19986 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19987 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19988 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19989 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19990 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19991 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19992 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19993 alphabetical order by this command.
19995 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19997 @cindex Permutation, inverse of
19998 @cindex Inverse of permutation
19999 @cindex Index tables
20000 @cindex Rank tables
20001 @kindex v G
20002 @kindex V G
20003 @kindex I v G
20004 @kindex I V G
20005 @pindex calc-grade
20006 @tindex grade
20007 @tindex rgrade
20008 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
20009 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
20010 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
20011 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
20012 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
20013 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
20014 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
20015 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
20016 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
20017 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
20018 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
20019 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
20020 table, just use @kbd{V G V G}.
20022 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
20023 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
20024 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
20025 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
20026 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
20027 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
20028 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
20029 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
20030 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
20031 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
20032 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
20034 @cindex Histograms
20035 @kindex v H
20036 @kindex V H
20037 @pindex calc-histogram
20038 @ignore
20039 @mindex histo@idots
20040 @end ignore
20041 @tindex histogram
20042 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
20043 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
20044 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
20045 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
20046 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
20047 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
20048 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
20049 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
20050 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
20051 input vector.)
20053 @kindex H v H
20054 @kindex H V H
20055 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
20056 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
20057 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
20058 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
20059 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
20060 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
20062 @kindex v t
20063 @kindex V t
20064 @pindex calc-transpose
20065 @tindex trn
20066 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
20067 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
20068 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
20069 a one-column matrix.
20071 @kindex v v
20072 @kindex V v
20073 @pindex calc-reverse-vector
20074 @tindex rev
20075 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
20076 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
20077 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
20078 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
20079 a matrix.)
20081 @kindex v m
20082 @kindex V m
20083 @pindex calc-mask-vector
20084 @tindex vmask
20085 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
20086 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
20087 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
20088 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
20089 the same as the target vector, but with all elements which correspond
20090 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
20091 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
20092 @xref{Logical Operations}.
20094 @kindex v e
20095 @kindex V e
20096 @pindex calc-expand-vector
20097 @tindex vexp
20098 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
20099 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
20100 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
20101 by successive elements from the target vector.  The length of the target
20102 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
20103 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
20104 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
20105 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
20106 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
20108 @kindex H v e
20109 @kindex H V e
20110 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
20111 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
20112 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
20113 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
20114 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
20115 then successive values are taken from it, so that the effect is to
20116 interleave two vectors according to the mask:
20117 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
20118 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
20120 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
20121 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
20122 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
20123 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
20124 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20125 masking using vectors.
20127 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20128 @section Vector and Matrix Arithmetic
20130 @noindent
20131 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20132 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20133 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20134 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20135 @xref{Basic Arithmetic}.
20137 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20138 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20139 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20140 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20142 @kindex v J
20143 @kindex V J
20144 @pindex calc-conj-transpose
20145 @tindex ctrn
20146 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20147 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20149 @ignore
20150 @mindex A
20151 @end ignore
20152 @kindex A (vectors)
20153 @pindex calc-abs (vectors)
20154 @ignore
20155 @mindex abs
20156 @end ignore
20157 @tindex abs (vectors)
20158 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20159 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20160 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20161 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20162 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20163 from that point to the origin.
20165 @kindex v n
20166 @kindex V n
20167 @pindex calc-rnorm
20168 @tindex rnorm
20169 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes the
20170 infinity-norm of a vector, or the row norm of a matrix.  For a plain
20171 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.  For
20172 a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums, i.e., of
20173 the sums of the absolute values of the elements along the various rows.
20175 @kindex v N
20176 @kindex V N
20177 @pindex calc-cnorm
20178 @tindex cnorm
20179 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20180 the one-norm of a vector, or column norm of a matrix.  For a plain
20181 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20182 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20183 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20184 not provided.  However, the 2-norm (or Frobenius norm) is provided for
20185 vectors by the @kbd{A} (@code{calc-abs}) command.
20187 @kindex v C
20188 @kindex V C
20189 @pindex calc-cross
20190 @tindex cross
20191 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20192 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20193 exactly three elements.
20195 @ignore
20196 @mindex &
20197 @end ignore
20198 @kindex & (matrices)
20199 @pindex calc-inv (matrices)
20200 @ignore
20201 @mindex inv
20202 @end ignore
20203 @tindex inv (matrices)
20204 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20205 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20206 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20207 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20208 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20209 quickly in the future.
20211 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20212 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20213 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20214 by a matrix.
20216 @kindex v D
20217 @kindex V D
20218 @pindex calc-mdet
20219 @tindex det
20220 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20221 determinant of a square matrix.
20223 @kindex v L
20224 @kindex V L
20225 @pindex calc-mlud
20226 @tindex lud
20227 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20228 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20229 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20230 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20231 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20232 and the third is upper-triangular.
20234 @kindex v T
20235 @kindex V T
20236 @pindex calc-mtrace
20237 @tindex tr
20238 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20239 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20240 elements of the matrix.
20242 @kindex v K
20243 @kindex V K
20244 @pindex calc-kron
20245 @tindex kron
20246 The @kbd{V K} (@code{calc-kron}) [@code{kron}] command computes
20247 the Kronecker product of two matrices.
20249 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20250 @section Set Operations using Vectors
20252 @noindent
20253 @cindex Sets, as vectors
20254 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20255 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20256 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20257 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20258 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20259 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20260 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20261 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20262 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20263 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20264 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20265 expect the answer @samp{[]}.
20267 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20268 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20269 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20270 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20271 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20272 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20274 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20275 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20276 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20277 single interval, the interval itself is returned instead.
20279 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20280 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20281 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20283 @kindex v +
20284 @kindex V +
20285 @pindex calc-remove-duplicates
20286 @tindex rdup
20287 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20288 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20289 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20290 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20291 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20292 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20293 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20294 them.
20296 @kindex v V
20297 @kindex V V
20298 @pindex calc-set-union
20299 @tindex vunion
20300 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20301 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20302 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20303 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20304 then using @kbd{V +}.)
20306 @kindex v ^
20307 @kindex V ^
20308 @pindex calc-set-intersect
20309 @tindex vint
20310 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20311 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20312 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20313 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20314 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20315 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20316 notation for set 
20317 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20318 @infoline union
20319 and 
20320 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20321 @infoline intersection.
20323 @kindex v -
20324 @kindex V -
20325 @pindex calc-set-difference
20326 @tindex vdiff
20327 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20328 the difference between two sets.  An object is in the difference
20329 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20330 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20331 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20332 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20333 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20334 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20335 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20336 enough to express in a few intervals).
20338 @kindex v X
20339 @kindex V X
20340 @pindex calc-set-xor
20341 @tindex vxor
20342 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20343 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20344 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20345 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20346 occur in both sets ``cancel out.''
20348 @kindex v ~
20349 @kindex V ~
20350 @pindex calc-set-complement
20351 @tindex vcompl
20352 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20353 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20354 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20355 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20356 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20358 @kindex v F
20359 @kindex V F
20360 @pindex calc-set-floor
20361 @tindex vfloor
20362 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20363 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20364 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20365 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20366 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20367 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20368 the complement with respect to the set of integers you could type
20369 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20371 @kindex v E
20372 @kindex V E
20373 @pindex calc-set-enumerate
20374 @tindex venum
20375 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20376 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20377 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20378 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20379 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20381 @kindex v :
20382 @kindex V :
20383 @pindex calc-set-span
20384 @tindex vspan
20385 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20386 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20387 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20388 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20389 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20391 @kindex v #
20392 @kindex V #
20393 @pindex calc-set-cardinality
20394 @tindex vcard
20395 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20396 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20397 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20398 more efficient than actually producing that vector.
20400 @cindex Sets, as binary numbers
20401 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20402 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20403 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20404 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20405 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20406 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20407 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20408 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20409 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20410 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20411 convenient to you.
20413 @kindex b p
20414 @kindex b u
20415 @pindex calc-pack-bits
20416 @pindex calc-unpack-bits
20417 @tindex vpack
20418 @tindex vunpack
20419 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20420 converts an integer that represents a set in binary into a set
20421 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20422 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20423 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20424 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20425 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20426 (binary) prefix key.
20428 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20429 converts the other way, from a vector or interval representing
20430 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20431 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20432 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20433 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20434 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20435 representation 
20436 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20437 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20439 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20440 @section Statistical Operations on Vectors
20442 @noindent
20443 @cindex Statistical functions
20444 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20445 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20446 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20447 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20448 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20449 Vetterling.
20451 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20452 a shifted letter or other character.
20454 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20455 (@code{calc-histogram}).
20457 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20458 least-squares fits to statistical data.
20460 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20461 probability distribution functions.
20463 @menu
20464 * Single-Variable Statistics::
20465 * Paired-Sample Statistics::
20466 @end menu
20468 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20469 @subsection Single-Variable Statistics
20471 @noindent
20472 These functions do various statistical computations on single
20473 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20474 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20475 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20476 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20477 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20478 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20480 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20481 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20482 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20483 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20485 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20486 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20487 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20488 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20489 of the computation, based on the assumption that the formula does
20490 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20491 error forms and interval forms are acceptable.
20493 Some of the functions in this section also accept a single error form
20494 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20495 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20496 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20497 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20498 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20499 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20500 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20501 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20502 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20504 @kindex u #
20505 @pindex calc-vector-count
20506 @tindex vcount
20507 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20508 computes the number of data values represented by the inputs.
20509 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20510 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20511 simply computes the length of the vector.
20513 @kindex u +
20514 @kindex u *
20515 @pindex calc-vector-sum
20516 @pindex calc-vector-prod
20517 @tindex vsum
20518 @tindex vprod
20519 @cindex Summations (statistical)
20520 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20521 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20522 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20523 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20524 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20525 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20527 @kindex u X
20528 @kindex u N
20529 @pindex calc-vector-max
20530 @pindex calc-vector-min
20531 @tindex vmax
20532 @tindex vmin
20533 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20534 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20535 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20536 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20537 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20538 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20539 plus or minus infinity.
20541 @kindex u M
20542 @pindex calc-vector-mean
20543 @tindex vmean
20544 @cindex Mean of data values
20545 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20546 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20547 If the inputs are error forms 
20548 @texline @math{x \pm \sigma},
20549 @infoline @samp{x +/- s}, 
20550 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20551 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20552 @infoline @expr{1 / s^2}.
20553 @tex
20554 \turnoffactive
20555 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20556            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20557 @end tex
20558 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20559 values divided by the count of the values.
20561 Note that a plain number can be considered an error form with
20562 error 
20563 @texline @math{\sigma = 0}.
20564 @infoline @expr{s = 0}.  
20565 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20566 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20567 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20568 above definitions it's clear that a plain number effectively
20569 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20570 weight is completely negligible.)
20572 This function also works for distributions (error forms or
20573 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20574 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20575 and maximum values of the interval.
20577 @kindex I u M
20578 @pindex calc-vector-mean-error
20579 @tindex vmeane
20580 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20581 command computes the mean of the data points expressed as an
20582 error form.  This includes the estimated error associated with
20583 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20584 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20585 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20586 sum of the reciprocals of the variances.)
20587 @tex
20588 \turnoffactive
20589 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20590 @end tex
20591 If the inputs are plain
20592 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20593 divided by the square root of the number of values.  (This works
20594 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20595 then assuming each value's error is equal to this standard
20596 deviation.)
20597 @tex
20598 \turnoffactive
20599 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20600 @end tex
20602 @kindex H u M
20603 @pindex calc-vector-median
20604 @tindex vmedian
20605 @cindex Median of data values
20606 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20607 command computes the median of the data values.  The values are
20608 first sorted into numerical order; the median is the middle
20609 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20610 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20611 The median function is different from the other functions in
20612 this section in that the arguments must all be real numbers;
20613 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20614 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20615 any of the input values are error forms, their error parts are
20616 ignored.
20618 The median function also accepts distributions.  For both normal
20619 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20620 the same as the mean.
20622 @kindex H I u M
20623 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20624 @tindex vhmean
20625 @cindex Harmonic mean
20626 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20627 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20628 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20629 of the values.
20630 @tex
20631 \turnoffactive
20632 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20633 @end tex
20635 @kindex u G
20636 @pindex calc-vector-geometric-mean
20637 @tindex vgmean
20638 @cindex Geometric mean
20639 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20640 command computes the geometric mean of the data values.  This
20641 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20642 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20643 of the data values.
20644 @tex
20645 \turnoffactive
20646 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20647    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20648 @end tex
20650 @kindex H u G
20651 @tindex agmean
20652 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20653 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20654 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20655 mean, then repeating until the two values converge.
20656 @tex
20657 \turnoffactive
20658 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20659 @end tex
20661 @cindex Root-mean-square
20662 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20663 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20665 @kindex u S
20666 @pindex calc-vector-sdev
20667 @tindex vsdev
20668 @cindex Standard deviation
20669 @cindex Sample statistics
20670 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20671 computes the standard 
20672 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20673 @infoline deviation
20674 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20675 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20676 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20677 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20678 divided by @expr{N-1}.
20679 @tex
20680 \turnoffactive
20681 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20682 @end tex
20684 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20685 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20686 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20687 limits, divided by 
20688 @texline @math{\sqrt{12}}.
20689 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20690 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20691 standard deviation of a vector of those integers.
20693 @kindex I u S
20694 @pindex calc-vector-pop-sdev
20695 @tindex vpsdev
20696 @cindex Population statistics
20697 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20698 command computes the @emph{population} standard deviation.
20699 It is defined by the same formula as above but dividing
20700 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20701 deviation is used when the input represents the entire set of
20702 data values in the distribution; the sample standard deviation
20703 is used when the input represents a sample of the set of all
20704 data values, so that the mean computed from the input is itself
20705 only an estimate of the true mean.
20706 @tex
20707 \turnoffactive
20708 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20709 @end tex
20711 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20712 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20713 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20715 @kindex H u S
20716 @kindex H I u S
20717 @pindex calc-vector-variance
20718 @pindex calc-vector-pop-variance
20719 @tindex vvar
20720 @tindex vpvar
20721 @cindex Variance of data values
20722 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20723 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20724 commands compute the variance of the data values.  The variance
20725 is the 
20726 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20727 @infoline square
20728 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20729 squares of the deviations of the data values from the mean.
20730 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20732 @ignore
20733 @starindex
20734 @end ignore
20735 @tindex vflat
20736 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20737 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20738 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20739 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20741 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20742 @subsection Paired-Sample Statistics
20744 @noindent
20745 The functions in this section take two arguments, which must be
20746 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20747 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20748 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20749 the stack, which must be an 
20750 @texline @math{N\times2}
20751 @infoline Nx2
20752 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20753 of actual vectors and matrices.
20755 @kindex u C
20756 @pindex calc-vector-covariance
20757 @tindex vcov
20758 @cindex Covariance
20759 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20760 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20761 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20762 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20763 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20764 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20765 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20766 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20767 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20768 are composed of error forms, the error for a given data point
20769 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20770 input errors.
20771 @tex
20772 \turnoffactive
20773 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20774 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20775     {\displaystyle {1 \over N-1}
20776                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20777      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20779 @end tex
20781 @kindex I u C
20782 @pindex calc-vector-pop-covariance
20783 @tindex vpcov
20784 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20785 command computes the population covariance, which is the same as the
20786 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20787 instead of @expr{N-1}.
20789 @kindex H u C
20790 @pindex calc-vector-correlation
20791 @tindex vcorr
20792 @cindex Correlation coefficient
20793 @cindex Linear correlation
20794 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20795 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20796 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20797 product of their standard deviations.  (There is no difference
20798 between sample or population statistics here.)
20799 @tex
20800 \turnoffactive
20801 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20802 @end tex
20804 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20805 @section Reducing and Mapping Vectors
20807 @noindent
20808 The commands in this section allow for more general operations on the
20809 elements of vectors.
20811 @kindex v A
20812 @kindex V A
20813 @pindex calc-apply
20814 @tindex apply
20815 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20816 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20817 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20818 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20819 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20820 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20821 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20823 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20824 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20826 @menu
20827 * Specifying Operators::
20828 * Mapping::
20829 * Reducing::
20830 * Nesting and Fixed Points::
20831 * Generalized Products::
20832 @end menu
20834 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20835 @subsection Specifying Operators
20837 @noindent
20838 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20839 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20840 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20841 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20842 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20843 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20844 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20845 element as its argument.)
20847 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20848 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20849 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20850 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20851 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20852 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20853 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20854 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20855 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20856 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20857 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20858 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20859 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20860 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20861 type @kbd{V M 3 v e}.
20863 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20864 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20865 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20866 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20867 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20868 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20869 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20870 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20871 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20872 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20874 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20875 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20876 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20877 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20878 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20879 entry interacts with the stack.)
20881 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20882 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20883 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20884 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20885 prompted for an argument list.
20887 @cindex Nameless functions
20888 @cindex Generic functions
20889 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20890 which means ``a function of two arguments that computes the first
20891 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20892 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20893 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20894 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20895 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20896 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20897 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20898 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20899 can get it back later if you wish.
20901 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20902 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20903 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20904 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20905 begins with a list of variables followed by a colon.)
20907 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20908 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20909 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20910 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20911 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20912 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20913 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20915 @cindex Lambda expressions
20916 @ignore
20917 @starindex
20918 @end ignore
20919 @tindex lambda
20920 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20921 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20922 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20923 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20924 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20925 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20926 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20928 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20929 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20930 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20931 called.)
20933 @tindex add
20934 @tindex sub
20935 @ignore
20936 @mindex @idots
20937 @end ignore
20938 @tindex mul
20939 @ignore
20940 @mindex @null
20941 @end ignore
20942 @tindex div
20943 @ignore
20944 @mindex @null
20945 @end ignore
20946 @tindex pow
20947 @ignore
20948 @mindex @null
20949 @end ignore
20950 @tindex neg
20951 @ignore
20952 @mindex @null
20953 @end ignore
20954 @tindex mod
20955 @ignore
20956 @mindex @null
20957 @end ignore
20958 @tindex vconcat
20959 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20960 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20961 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20962 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20963 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20964 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20965 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20966 @code{vconcat}.
20968 @ignore
20969 @starindex
20970 @end ignore
20971 @tindex call
20972 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20973 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20974 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20975 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20976 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20977 as @samp{x + 2y}).
20979 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20980 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20981 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20982 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20983 about it.)
20985 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20986 @subsection Mapping
20988 @noindent
20989 @kindex v M
20990 @kindex V M
20991 @pindex calc-map
20992 @tindex map
20993 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20994 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20995 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20996 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20997 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20998 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20999 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
21000 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
21001 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
21002 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
21003 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
21004 be prompted for the number of arguments to use.
21006 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
21007 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
21008 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
21009 produce another 
21010 @texline @math{3\times2}
21011 @infoline 3x2
21012 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
21014 @tindex mapr
21015 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
21016 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
21017 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
21018 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
21019 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
21020 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
21021 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
21022 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
21023 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
21025 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
21026 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
21027 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
21028 their individual elements.
21030 @tindex mapc
21031 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
21032 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
21033 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
21034 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
21035 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
21036 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
21038 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
21039 and column-like appearances, and were not already taken by useful
21040 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
21041 to type after @kbd{V M}.)
21043 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
21044 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
21045 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
21046 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
21047 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
21048 a vector takes a dot product of the vector with itself).
21050 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
21051 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
21052 arguments, those vectors are also held constant for every row or
21053 column.
21055 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
21056 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
21057 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
21058 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
21059 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
21060 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
21061 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
21062 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
21063 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
21064 mapped over the elements of each row.)
21066 @tindex mapa
21067 @tindex mapd
21068 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
21069 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
21070 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
21071 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
21072 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
21073 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
21074 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
21075 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
21077 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
21078 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
21079 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
21080 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
21082 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
21083 @subsection Reducing
21085 @noindent
21086 @kindex v R
21087 @kindex V R
21088 @pindex calc-reduce
21089 @tindex reduce
21090 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
21091 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
21092 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
21093 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
21094 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
21095 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
21096 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
21097 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
21099 @kindex I v R
21100 @kindex I V R
21101 @tindex rreduce
21102 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
21103 that works from right to left through the vector.  For example, plain
21104 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
21105 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
21106 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
21107 in power series expansions.
21109 @kindex v U
21110 @kindex V U
21111 @tindex accum
21112 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
21113 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
21114 operation, but instead of producing only the final result, it produces
21115 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
21116 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
21117 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
21119 @kindex I v U
21120 @kindex I V U
21121 @tindex raccum
21122 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
21123 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
21124 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
21126 @tindex reducea
21127 @tindex rreducea
21128 @tindex reduced
21129 @tindex rreduced
21130 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
21131 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
21132 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
21133 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
21134 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
21135 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
21136 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
21137 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
21138 b + e, c + f]}.
21140 @tindex reducer
21141 @tindex rreducer
21142 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
21143 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
21144 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
21145 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
21146 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
21147 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
21148 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21150 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21151 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21153 @tindex reducec
21154 @tindex rreducec
21155 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21156 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21158 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
21159 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21160 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21161 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21163 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21164 @subsection Nesting and Fixed Points
21166 @noindent
21167 @kindex H v R
21168 @kindex H V R
21169 @tindex nest
21170 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21171 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21172 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21173 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21174 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21175 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21176 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21178 @kindex H v U
21179 @kindex H V U
21180 @tindex anest
21181 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21182 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21183 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21184 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21185 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21187 @kindex H I v R
21188 @kindex H I V R
21189 @tindex fixp
21190 @cindex Fixed points
21191 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21192 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21193 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21194 no longer changes.
21196 @kindex H I v U
21197 @kindex H I V U
21198 @tindex afixp
21199 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21200 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21201 the last element will be the final result that would have been returned
21202 by @code{fixp}.
21204 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21205 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21206 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21207 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21208 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21209 to converge to 0.739085.)
21211 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21212 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21213 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21214 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21215 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21216 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21217 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21219 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21220 the function until two successive results are equal to within the
21221 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21222 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21223 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21224 applied until two successive results are exactly the same formula.
21225 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21226 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21228 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21229 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21230 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21231 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21232 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21233 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21234 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21235 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21236 exactly equal.)
21238 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21239 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21240 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21241 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21243 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21244 @subsection Generalized Products
21246 @kindex v O
21247 @kindex V O
21248 @pindex calc-outer-product
21249 @tindex outer
21250 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21251 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21252 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21253 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21254 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21255 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21256 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21258 @kindex v I
21259 @kindex V I
21260 @pindex calc-inner-product
21261 @tindex inner
21262 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21263 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21264 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21265 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21266 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21267 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21268 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21269 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21270 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21271 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21272 generalized dot product.
21274 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21275 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21276 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21277 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21278 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21280 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21281 @section Vector and Matrix Display Formats
21283 @noindent
21284 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21285 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21286 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21287 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21288 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21289 @pxref{Normal Language Modes}.
21291 @kindex v <
21292 @kindex V <
21293 @pindex calc-matrix-left-justify
21294 @kindex v =
21295 @kindex V =
21296 @pindex calc-matrix-center-justify
21297 @kindex v >
21298 @kindex V >
21299 @pindex calc-matrix-right-justify
21300 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21301 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21302 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21303 are justified to the left, right, or center of their columns.
21305 @kindex v [
21306 @kindex V [
21307 @pindex calc-vector-brackets
21308 @kindex v @{
21309 @kindex V @{
21310 @pindex calc-vector-braces
21311 @kindex v (
21312 @kindex V (
21313 @pindex calc-vector-parens
21314 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21315 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21316 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21317 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21318 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21319 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21320 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21321 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21322 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21323 and parentheses may never be used for this purpose.
21325 @kindex V ]
21326 @kindex v ]
21327 @kindex V )
21328 @kindex v )
21329 @kindex V @}
21330 @kindex v @}
21331 @pindex calc-matrix-brackets
21332 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21333 ``big'' style display of matrices, for matrices which have more than
21334 one row.  It prompts for a string of code letters; currently
21335 implemented letters are @code{R}, which enables brackets on each row
21336 of the matrix; @code{O}, which enables outer brackets in opposite
21337 corners of the matrix; and @code{C}, which enables commas or
21338 semicolons at the ends of all rows but the last.  The default format
21339 is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format was fixed at @samp{ROC}.)
21340 Here are some example matrices:
21342 @example
21343 @group
21344 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21345   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21346   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21348          RO                        ROC
21350 @end group
21351 @end example
21352 @noindent
21353 @example
21354 @group
21355   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21356      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21357      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21359           O                        OC
21361 @end group
21362 @end example
21363 @noindent
21364 @example
21365 @group
21366   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21367   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21368   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21370           R                       @r{blank}
21371 @end group
21372 @end example
21374 @noindent
21375 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21376 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21377 the others are useful for display only.
21379 @kindex v ,
21380 @kindex V ,
21381 @pindex calc-vector-commas
21382 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21383 off in vector and matrix display.
21385 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21386 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21387 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21388 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21389 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21390 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21391 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21392 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21393 give to @kbd{v ]} (as described above).
21395 @kindex v .
21396 @kindex V .
21397 @pindex calc-full-vectors
21398 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21399 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21400 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21401 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21402 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21403 When very large vectors are involved this will substantially
21404 improve Calc's display speed.
21406 @kindex t .
21407 @pindex calc-full-trail-vectors
21408 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21409 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21410 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21411 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21412 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21413 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21414 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21415 that involve the trail.
21417 @kindex v /
21418 @kindex V /
21419 @pindex calc-break-vectors
21420 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21421 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21422 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21423 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21424 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21425 vectors will still use the normal linear form.
21427 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21428 @chapter Algebra
21430 @noindent
21431 This section covers the Calc features that help you work with
21432 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21433 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21434 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21435 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21436 is discussed.
21438 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21439 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21440 for anything else'') prefix.
21442 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21443 using regular Emacs editing commands.
21445 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21446 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21447 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21448 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21449 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21450 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21451 @xref{Normal Language Modes}.
21453 @menu
21454 * Selecting Subformulas::
21455 * Algebraic Manipulation::
21456 * Simplifying Formulas::
21457 * Polynomials::
21458 * Calculus::
21459 * Solving Equations::
21460 * Numerical Solutions::
21461 * Curve Fitting::
21462 * Summations::
21463 * Logical Operations::
21464 * Rewrite Rules::
21465 @end menu
21467 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21468 @section Selecting Sub-Formulas
21470 @noindent
21471 @cindex Selections
21472 @cindex Sub-formulas
21473 @cindex Parts of formulas
21474 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21475 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21476 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21477 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21478 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21479 surrounding part of the stack entry alone.
21481 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21482 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21483 ``sub-formula'' of the vector.
21485 @menu
21486 * Making Selections::
21487 * Changing Selections::
21488 * Displaying Selections::
21489 * Operating on Selections::
21490 * Rearranging with Selections::
21491 @end menu
21493 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21494 @subsection Making Selections
21496 @noindent
21497 @kindex j s
21498 @pindex calc-select-here
21499 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21500 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21501 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21502 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21503 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21504 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21505 Suppose you enter the following formula:
21507 @smallexample
21508 @group
21509            3    ___
21510     (a + b)  + V c
21511 1:  ---------------
21512         2 x + 1
21513 @end group
21514 @end smallexample
21516 @noindent
21517 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21518 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21521 @smallexample
21522 @group
21523            .    ...
21524     .. . b.  . . .
21525 1*  ...............
21526         . . . .
21527 @end group
21528 @end smallexample
21530 @noindent
21531 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21532 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21533 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21534 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21535 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21536 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21538 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21539 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21541 @smallexample
21542 @group
21543            .    ...
21544     (a + b)  . . .
21545 1*  ...............
21546         . . . .
21547 @end group
21548 @end smallexample
21550 @noindent
21551 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21552 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21553 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21554 would have had the same effect.
21556 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21557 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21558 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21559 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21561 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21562 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21563 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21564 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21565 and so on.
21567 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21568 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21570 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21571 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21572 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21573 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21574 cursor on any stack entry.
21576 @kindex j a
21577 @pindex calc-select-additional
21578 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21579 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21580 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21581 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21582 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21583 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21585 @kindex j o
21586 @pindex calc-select-once
21587 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21588 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21589 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21590 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21591 by the cursor.
21593 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21594 such that the next command involving selected stack entries will clear
21595 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21596 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21598 @kindex j S
21599 @kindex j O
21600 @pindex calc-select-here-maybe
21601 @pindex calc-select-once-maybe
21602 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21603 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21604 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21605 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21606 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21607 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21608 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21609 commands.
21611 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21612 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21613 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21614 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21615 entire four-term sum.
21617 @kindex j b
21618 @pindex calc-break-selections
21619 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21620 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21621 through.  Calc actually stores the above formulas as 
21622 @samp{((a + b) - c) + d} and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain 
21623 obscure reasons, by default Calc treats multiplication as
21624 right-associative.)  Once you have enabled @kbd{j b} mode, selecting
21625 with the cursor on the @samp{-} sign would only select the @samp{a + b -
21626 c} portion, which makes sense when the deep structure of the sum is
21627 considered.  There is no way to select the @samp{b - c + d} portion;
21628 although this might initially look like just as legitimate a sub-formula
21629 as @samp{a + b - c}, the deep structure shows that it isn't.  The @kbd{d
21630 U} command can be used to view the deep structure of any formula
21631 (@pxref{Normal Language Modes}).
21633 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21634 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21635 you get.
21637 @kindex j u
21638 @pindex calc-unselect
21639 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21640 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21641 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21642 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21643 position.
21645 @kindex j c
21646 @pindex calc-clear-selections
21647 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21648 stack elements.
21650 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21651 @subsection Changing Selections
21653 @noindent
21654 @kindex j m
21655 @pindex calc-select-more
21656 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21657 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21658 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21660 @smallexample
21661 @group
21662            3    ...                3    ___                3    ___
21663     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21664 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21665         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21666 @end group
21667 @end smallexample
21669 @noindent
21670 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21671 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21672 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21674 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21675 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21676 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21677 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21678 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21680 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21681 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21682 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21683 is not on any stack element operates on the top stack element.
21685 @kindex j l
21686 @pindex calc-select-less
21687 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21688 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21689 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21690 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21691 current selection, the command de-selects the formula.
21693 @kindex j 1-9
21694 @pindex calc-select-part
21695 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21696 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21697 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21698 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21699 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21700 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21701 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21702 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21704 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21705 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21706 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21707 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21708 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21710 @kindex j n
21711 @kindex j p
21712 @pindex calc-select-next
21713 @pindex calc-select-previous
21714 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21715 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21716 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21717 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21718 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21719 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21720 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21721 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21722 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21723 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21725 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21726 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21727 arguments to move several steps at a time.
21729 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21730 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21731 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21732 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21733 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21734 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21735 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21736 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21737 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21739 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21740 @subsection Displaying Selections
21742 @noindent
21743 @kindex j d
21744 @pindex calc-show-selections
21745 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21746 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21747 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21748 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21749 by @samp{#} signs:
21751 @smallexample
21752 @group
21753            3    ...                  #    ___
21754     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21755 1*  ...............       1*  ---------------
21756         . . . .                   2 x + 1
21757 @end group
21758 @end smallexample
21760 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21761 @subsection Operating on Selections
21763 @noindent
21764 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21765 on the stack will operate on the selected portions of the items
21766 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21767 at once, though there can be only one selection at a time in any
21768 given stack element.)
21770 @kindex j e
21771 @pindex calc-enable-selections
21772 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21773 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21774 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21775 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21776 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21777 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21779 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21780 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21781 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21782 element.
21784 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21785 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21786 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21787 the selected portion of the formula, returning the old selected
21788 portion to the top of the stack.
21790 @smallexample
21791 @group
21792            3    ...                    ...                    ___
21793     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21794 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21795         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21797                                     3                      3
21798 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21799 @end group
21800 @end smallexample
21802 In this example we select a sub-formula of our original example,
21803 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21804 the complete, edited formula.
21806 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21807 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21809 @kindex j '
21810 @pindex calc-enter-selection
21811 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21812 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21813 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21814 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21815 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21816 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21817 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21818 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21819 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21821 @kindex j `
21822 @pindex calc-edit-selection
21823 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21824 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21825 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21826 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21828 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21829 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21830 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21831 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21833 @smallexample
21834 @group
21835               ###
21836     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21837 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21838        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21839 @end group
21840 @end smallexample
21842 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21843 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21844 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21845 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21846 and resimplifies.
21848 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21849 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21850 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21852 @kindex j @key{DEL}
21853 @pindex calc-del-selection
21854 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21855 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21856 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21857 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21858 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21860 @kindex j @key{RET}
21861 @pindex calc-grab-selection
21862 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21863 command.)
21865 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21866 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21867 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21868 press @kbd{Q} to take the square root.
21870 @smallexample
21871 @group
21872      .. .           .. .           .. .             .. .
21873 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21874     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21875                                                  V 4 - 2 x
21876 @end group
21877 @end smallexample
21879 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21880 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21881 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21882 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21883 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21884 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21885 the command will abort with an error message.
21887 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21888 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21889 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21890 (@code{calc-change-sign}).
21892 @smallexample
21893 @group
21894        .. .                .. .
21895 1*  ..........      1*  ...........
21896      .........           ..........
21897     . . . 2 x           . . . -2 x
21898 @end group
21899 @end smallexample
21901 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21902 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21903 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21904 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21905 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21906 to be simplified.
21908 @smallexample
21909 @group
21910        17 y                17 y
21911 1:  -----------     1:  ----------
21912      __________          _________
21913     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21914 @end group
21915 @end smallexample
21917 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21918 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21920 @noindent
21921 @kindex j R
21922 @pindex calc-commute-right
21923 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21924 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21925 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21926 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21928 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21929 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21930 in this section share this property.  In this example, we place the
21931 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21933 @smallexample
21934 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21935 @end smallexample
21937 @noindent
21938 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21939 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21940 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21941 mathematical meaning of the formula.
21943 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21944 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21945 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21946 course be drastically changed.
21948 @smallexample
21949 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21951 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21952 @end smallexample
21954 @kindex j L
21955 @pindex calc-commute-left
21956 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21957 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21959 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21960 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21961 term left or right past the end of its enclosing formula.
21962 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21963 selected term as far as possible in the given direction.
21965 @kindex j D
21966 @pindex calc-sel-distribute
21967 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21968 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21969 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21970 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21971 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21972 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21973 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21974 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21976 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21977 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21978 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21979 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21980 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21981 times to expand at once; the default is one time only.
21983 @vindex DistribRules
21984 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21985 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21986 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21987 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21988 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21989 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21990 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21992 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21993 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21994 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21995 @xref{Operations on Variables}.
21997 @kindex j M
21998 @pindex calc-sel-merge
21999 @vindex MergeRules
22000 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
22001 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
22002 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
22003 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
22004 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
22005 the relevant rules.
22007 @kindex j C
22008 @pindex calc-sel-commute
22009 @vindex CommuteRules
22010 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
22011 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
22012 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
22013 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
22014 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
22015 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
22016 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
22017 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
22018 in the variable @code{CommuteRules}.
22020 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
22021 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
22022 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
22023 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
22024 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
22025 manipulations described in this section.
22027 @kindex j N
22028 @pindex calc-sel-negate
22029 @vindex NegateRules
22030 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
22031 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
22032 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
22033 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
22034 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
22035 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
22036 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
22037 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
22039 @kindex j &
22040 @pindex calc-sel-invert
22041 @vindex InvertRules
22042 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
22043 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
22044 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
22045 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
22047 @kindex j E
22048 @pindex calc-sel-jump-equals
22049 @vindex JumpRules
22050 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
22051 selected term from one side of an equation to the other.  Given
22052 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
22053 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
22054 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
22055 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
22057 @kindex j I
22058 @kindex H j I
22059 @pindex calc-sel-isolate
22060 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
22061 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
22062 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
22063 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
22064 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
22065 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
22066 as well as equations.
22068 @kindex j *
22069 @kindex j /
22070 @pindex calc-sel-mult-both-sides
22071 @pindex calc-sel-div-both-sides
22072 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
22073 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
22074 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
22075 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
22076 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
22077 providing a prefix argument: @kbd{C-u j *}.  There is also a @kbd{j /}
22078 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
22079 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
22081 If the selection is a quotient with numerator 1, then Calc's default
22082 simplifications would normally cancel the new factors.  To prevent
22083 this, when the @kbd{j *} command is used on a selection whose numerator is
22084 1 or -1, the denominator is expanded at the top level using the
22085 distributive law (as if using the @kbd{C-u 1 a x} command).  Suppose the
22086 formula on the stack is @samp{1 / (a + 1)} and you wish to multiplying the
22087 top and bottom by @samp{a - 1}.  Calc's default simplifications would
22088 normally change the result @samp{(a - 1) /(a + 1) (a - 1)} back
22089 to the original form by cancellation; when @kbd{j *} is used, Calc
22090 expands the denominator to  @samp{a (a - 1) + a - 1} to prevent this.
22092 If you wish the @kbd{j *} command to completely expand the denominator
22093 of a quotient you can call it with a zero prefix: @kbd{C-u 0 j *}.  For
22094 example, if the formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, you may
22095 wish to eliminate the square root in the denominator by multiplying
22096 the top and bottom by @samp{sqrt(a) - 1}.  If you did this simply by using
22097 a simple @kbd{j *} command, you would get 
22098 @samp{(sqrt(a)-1)/ (sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1)}.  Instead,
22099 you would probably want to use @kbd{C-u 0 j *}, which would expand the
22100 bottom and give you the desired result @samp{(sqrt(a)-1)/(a-1)}.  More
22101 generally, if @kbd{j *} is called with an argument of a positive
22102 integer @var{n}, then the denominator of the expression will be
22103 expanded @var{n} times (as if with the @kbd{C-u @var{n} a x} command).
22105 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
22106 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
22107 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
22108 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
22109 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
22110 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
22111 will be, it will assume it is positive and display a warning
22112 message.
22114 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
22115 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
22116 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
22117 back by the formula.
22119 @kindex j +
22120 @kindex j -
22121 @pindex calc-sel-add-both-sides
22122 @pindex calc-sel-sub-both-sides
22123 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
22124 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
22125 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
22126 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
22127 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
22128 results.
22130 @kindex j U
22131 @pindex calc-sel-unpack
22132 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
22133 selected function call with its argument.  For example, given
22134 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
22135 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
22136 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
22137 now to take the cosine of the selected part.)
22139 @kindex j v
22140 @pindex calc-sel-evaluate
22141 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
22142 normal default simplifications on the selected sub-formula.
22143 These are the simplifications that are normally done automatically
22144 on all results, but which may have been partially inhibited by
22145 previous selection-related operations, or turned off altogether
22146 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
22147 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
22149 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
22150 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
22151 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
22152 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
22153 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
22154 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
22155 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
22156 sub-formula.
22158 @kindex j "
22159 @pindex calc-sel-expand-formula
22160 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
22161 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
22163 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
22164 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
22166 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
22167 @section Algebraic Manipulation
22169 @noindent
22170 The commands in this section perform general-purpose algebraic
22171 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
22172 stack (unless, of course, you have made a selection in that
22173 formula).
22175 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
22176 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
22177 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
22178 from the second-to-top stack level.
22180 @kindex a v
22181 @pindex calc-alg-evaluate
22182 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22183 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22184 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22185 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22186 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22187 command.  @xref{Simplification Modes}.
22189 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22190 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22191 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22193 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22194 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
22195 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
22196 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
22198 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22199 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22200 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22201 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22202 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22203 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22204 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22205 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22206 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22208 @tindex evalv
22209 @tindex evalvn
22210 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22211 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22212 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22213 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22214 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22215 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22216 it as a temporary different working precision.)
22218 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22219 as an optional second argument.  This argument can be either an
22220 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22221 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22222 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22223 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22224 result will as usual be rounded back down to the current precision
22225 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22226 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22227 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22228 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22229 will return @samp{9.2654e-5}.
22231 @kindex a "
22232 @pindex calc-expand-formula
22233 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22234 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22235 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22236 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22237 and so are unaffected by this command.  One important class of
22238 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22239 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22240 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22241 distribution functions, most of the financial functions, and the
22242 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22243 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22244 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22245 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22246 top-level function call.
22248 @kindex a M
22249 @pindex calc-map-equation
22250 @tindex mapeq
22251 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22252 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22253 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22254 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22255 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22256 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22257 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22258 sides together and the righthand sides together to get the two
22259 respective sides of a new equation.
22261 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22262 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22263 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22264 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22265 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22266 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22267 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22268 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22269 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22270 then simplify to get @samp{2 < b}.
22272 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22273 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22274 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22275 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22276 though this is not true for all values of the variables.
22278 @kindex H a M
22279 @tindex mapeqp
22280 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22281 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22282 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22283 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22284 fixing an inequality which was already incorrect.)
22286 @kindex I a M
22287 @tindex mapeqr
22288 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22289 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22290 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22291 working with small positive angles.
22293 @kindex a b
22294 @pindex calc-substitute
22295 @tindex subst
22296 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22297 all occurrences
22298 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22299 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22300 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22301 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22302 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22303 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22304 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22305 doing substitutions.
22307 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22308 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22309 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22310 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22311 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22312 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22313 target is taken from top-of-stack as usual.
22315 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22316 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22317 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22318 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22319 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22320 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22321 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22322 these limitations.
22324 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22325 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22326 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22327 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22328 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22330 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22331 @section Simplifying Formulas
22333 @noindent
22334 @kindex a s
22335 @kindex I a s
22336 @kindex H a s
22337 @pindex calc-simplify
22338 @tindex simplify
22339 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22340 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22341 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22342 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22343 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22344 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22345 simplified to @samp{x}.
22347 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22348 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22349 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22350 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22351 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22352 must be done manually, usually with a combination of selections
22353 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22354 @xref{Rewrite Rules}.
22356 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22357 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22358 simplifications'' occur.
22360 There are some simplifications that, while sometimes useful, are never
22361 done automatically.  For example, the @kbd{I} prefix can be given to
22362 @kbd{a s}; the @kbd{I a s} command will change any trigonometric
22363 function to the appropriate combination of @samp{sin}s and @samp{cos}s
22364 before simplifying.  This can be useful in simplifying even mildly
22365 complicated trigonometric expressions.  For example, while @kbd{a s}
22366 can reduce @samp{sin(x) csc(x)} to @samp{1}, it will not simplify
22367 @samp{sin(x)^2 csc(x)}.  The command @kbd{I a s} can be used to
22368 simplify this latter expression; it will transform @samp{sin(x)^2
22369 csc(x)} into @samp{sin(x)}.  However, @kbd{I a s} will also perform
22370 some ``simplifications'' which may not be desired; for example, it
22371 will transform @samp{tan(x)^2} into @samp{sin(x)^2 / cos(x)^2}.  The
22372 Hyperbolic prefix @kbd{H} can be used similarly; the @kbd{H a s} will
22373 replace any hyperbolic functions in the formula with the appropriate
22374 combinations of @samp{sinh}s and @samp{cosh}s before simplifying.
22377 @menu
22378 * Default Simplifications::
22379 * Algebraic Simplifications::
22380 * Unsafe Simplifications::
22381 * Simplification of Units::
22382 @end menu
22384 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22385 @subsection Default Simplifications
22387 @noindent
22388 @cindex Default simplifications
22389 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22390 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22391 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22392 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22394 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22395 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22396 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22397 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22398 back on.
22400 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22401 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22402 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22403 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22404 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22405 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22406 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22407 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22409 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22410 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22411 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22412 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22413 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22414 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22415 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22416 does not evaluate its lefthand argument.
22418 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22419 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22420 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22421 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22422 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22423 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22424 simplified first as part of the process, as described above).
22426 The default simplifications are too numerous to describe completely
22427 here, but this section will describe the ones that apply to the
22428 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22429 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22430 a serious user of Calc's algebra facilities.
22432 @tex
22433 \bigskip
22434 @end tex
22436 As well as the simplifications described here, if you have stored
22437 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22438 will also be applied before any built-in default simplifications.
22439 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22441 @tex
22442 \bigskip
22443 @end tex
22445 And now, on with the default simplifications:
22447 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22448 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22449 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22450 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22451 (by default) a right-associative form for products, 
22452 @expr{a * (b * (c * d))}.  Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are
22453 rearranged to left-associative form, though this rarely matters since
22454 Calc's algebra commands are designed to hide the inner structure of sums
22455 and products as much as possible.  Sums and products in their proper
22456 associative form will be written without parentheses in the examples
22457 below.
22459 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22460 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22461 special cases described below.  Some algebra programs always
22462 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22463 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22464 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22465 and generally leaves that order alone, with the consequence
22466 that formulas like the above will only be simplified if you
22467 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22468 Simplifications}.
22470 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22471 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22472 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22473 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22474 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22475 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22476 negative-looking.
22478 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22479 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22480 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22481 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22482 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22483 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22484 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22485 simplifications.)
22487 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22488 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22489 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22490 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22491 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22492 using the distributive law.
22494 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22495 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22496 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22497 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22498 sum with one another would require time proportional to the
22499 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22500 operations like this to commands that have to be invoked
22501 explicitly, like @kbd{a s}.
22503 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22504 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22505 to @expr{-a}.
22507 @tex
22508 \bigskip
22509 @end tex
22511 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22512 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22513 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22514 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22515 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22516 infinite the result is @samp{nan}.
22518 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22519 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22520 numbers.
22522 Products are commuted only to move numbers to the front:
22523 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22525 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22526 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22527 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22528 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22529 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22531 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22532 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22533 @texline @math{x^{a+b}}
22534 @infoline @expr{x^(a+b)}
22535 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22536 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22537 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22538 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22539 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22540 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22542 The product of a negative power times anything but another negative
22543 power is changed to use division:  
22544 @texline @math{x^{-2} y}
22545 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22546 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22547 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22548 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22550 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22551 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22553 @tex
22554 \bigskip
22555 @end tex
22557 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22558 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22559 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22560 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22561 respectively.
22563 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22564 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22565 @xref{Infinite Mode}.
22567 The expression 
22568 @texline @math{a / b^{-c}}
22569 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22570 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22571 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22572 @texline @math{b^{-c}}
22573 @infoline @expr{b^(-c)} 
22574 for any power @expr{c}.
22576 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22577 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22578 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22579 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22580 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22582 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22583 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22584 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22585 described for multiplication.
22587 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22588 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22589 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22590 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22591 to cancel all terms of the quotient.
22593 Quotients of negative-looking values are simplified according
22594 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22595 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22597 @tex
22598 \bigskip
22599 @end tex
22601 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22602 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22603 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22604 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22605 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22606 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22608 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22609 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22610 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22611 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22612 @texline @math{a^{b c}}
22613 @infoline @expr{a^(b c)} 
22614 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22615 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22616 would not be safe because of problems with principal values.
22617 (In other words, 
22618 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22619 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22620 is safe to simplify, but
22621 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22622 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22623 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22624 variables satisfy these requirements.
22626 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22627 @texline @math{x^{n/2}}
22628 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22629 only for even integers @expr{n}.
22631 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22632 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22633 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22635 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22636 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22637 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22639 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22640 @texline @math{x^{1:2}}
22641 @infoline @expr{x^1:2} 
22642 for the purposes of the above-listed simplifications.
22644 Also, note that 
22645 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22646 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22647 is changed to 
22648 @texline @math{x^{-1:2}},
22649 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22650 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22652 @tex
22653 \bigskip
22654 @end tex
22656 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22657 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22658 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22659 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22660 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22661 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22662 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22663 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22664 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22665 @expr{n} is an integer.
22667 @tex
22668 \bigskip
22669 @end tex
22671 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22672 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22673 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22674 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22675 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22676 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22678 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22679 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22680 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22681 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22682 (@pxref{Declarations}). 
22684 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22685 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22686 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22688 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22689 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22690 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22691 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22692 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22693 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22694 and @expr{b} are known to be real.
22696 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22697 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22698 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22699 described in the next section does provide some simplifications for
22700 these functions, though.
22702 One important simplification that does occur is that
22703 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22704 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22705 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22706 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22708 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22709 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22710 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22711 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22712 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22713 @expr{!!2} is 1, not 2.
22715 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22716 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22717 suitable numbers.
22719 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22720 @subsection Algebraic Simplifications
22722 @noindent
22723 @cindex Algebraic simplifications
22724 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22725 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22726 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22727 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22729 This section describes all simplifications that are performed by
22730 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22731 default simplifications; even if the default simplifications have
22732 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22733 back on temporarily while it simplifies the formula.
22735 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22736 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22737 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22738 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22739 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22740 the built-in rules described below.  If the result is different from
22741 the original expression, the process repeats with the default
22742 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22743 then the built-in simplifications, and so on.
22745 @tex
22746 \bigskip
22747 @end tex
22749 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22750 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22751 The only exception is that a constant will not be commuted away
22752 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22753 commuted to @expr{-x + 2}.
22755 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22756 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22757 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22758 non-adjacent ones.
22760 @tex
22761 \bigskip
22762 @end tex
22764 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22765 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22766 This allows easier comparison of products; for example, the default
22767 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22768 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22769 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22770 of identical terms.
22772 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22773 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22774 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22775 command uses the same ordering when sorting a vector.
22777 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22778 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22779 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22781 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22782 terms, using the same method that the default simplifications
22783 use for adjacent terms of products.
22785 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22786 taken into account when terms of a product are being compared.
22787 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22788 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22789 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22790 one term can be written as a constant times the other, even if
22791 that constant is @mathit{-1}.
22793 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22794 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22795 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22796 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22797 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22799 @tex
22800 \bigskip
22801 @end tex
22803 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22804 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22805 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22806 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22807 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22808 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22809 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22810 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22812 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22813 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22814 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22815 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22817 @tex
22818 \bigskip
22819 @end tex
22821 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22822 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22823 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22824 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22825 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22826 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22827 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22828 user might not have been thinking of.
22830 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22831 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22832 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22833 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22834 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22835 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22836 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22837 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22838 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22840 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22841 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22842 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22843 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22845 @tex
22846 \bigskip
22847 @end tex
22849 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22850 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22851 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22852 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22853 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22855 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22856 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22857 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22858 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22859 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22860 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22861 about modulo forms in the presence of declarations.
22863 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22864 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22865 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22866 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22867 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22868 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22869 declared to be an integer.
22871 @tex
22872 \bigskip
22873 @end tex
22875 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22876 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22877 function, the replacement is made; for example,
22878 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22879 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22880 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22881 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22882 hyperbolic functions are also handled.
22884 Trigonometric functions of their inverse functions are
22885 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22886 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22887 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22888 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22889 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22891 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22892 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22893 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22894 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22896 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22897 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22898 hyperbolic functions.
22900 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22901 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22902 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22903 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22904 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22905 @texline @math{2 \pi}
22906 @infoline @expr{2 pi} 
22907 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22908 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22910 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22911 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22912 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22913 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22915 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22916 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22917 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22918 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22919 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22920 is a suitable multiple of 
22921 @texline @math{\pi i} 
22922 @infoline @expr{pi i}
22923 (as described above for the trigonometric functions), then
22924 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22925 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22926 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22927 negative imaginary. 
22929 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22930 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22931 function.
22933 @tex
22934 \bigskip
22935 @end tex
22937 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22938 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22939 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22940 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22941 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22942 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22943 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22944 sign is known.
22946 Simplification also replaces an equation or inequality with
22947 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22948 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22949 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22950 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22951 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22952 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22954 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22955 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22957 @noindent
22958 @cindex Unsafe simplifications
22959 @cindex Extended simplification
22960 @kindex a e
22961 @pindex calc-simplify-extended
22962 @ignore
22963 @mindex esimpl@idots
22964 @end ignore
22965 @tindex esimplify
22966 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22967 is like @kbd{a s}
22968 except that it applies some additional simplifications which are not
22969 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22970 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22971 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22972 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22973 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22974 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22975 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22977 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22978 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22979 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22980 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22981 to any specific part of a formula.
22983 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22984 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22985 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22986 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22988 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22989 by @kbd{a e}.
22991 @tex
22992 \bigskip
22993 @end tex
22995 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22996 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22997 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22998 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22999 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
23000 These simplifications are unsafe because they are valid only for
23001 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
23002 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
23003 functions always produce.
23005 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
23006 @texline @math{x^{a b}}
23007 @infoline @expr{x^(a b)}
23008 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
23009 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
23010 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
23011 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
23012 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
23013 of @expr{x} but not for negative or complex values.
23015 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
23016 simplified (possibly unsafely) to 
23017 @texline @math{x^{a/2}}.
23018 @infoline @expr{x^(a/2)}.
23020 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
23021 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
23022 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
23024 Arguments of square roots are partially factored to look for
23025 squared terms that can be extracted.  For example,
23026 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
23027 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
23029 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
23030 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
23031 unsafe because of problems with principal values (although these
23032 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
23034 Common factors are cancelled from products on both sides of an
23035 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
23036 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
23037 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
23038 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
23039 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
23040 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
23041 both sides of an inequality.
23043 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
23044 @subsection Simplification of Units
23046 @noindent
23047 The simplifications described in this section are applied by the
23048 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
23049 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
23050 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
23052 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
23053 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
23054 and @code{AlgSimpRules}.
23056 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
23057 @xref{Matrix Mode}.
23059 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
23060 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
23061 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
23062 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
23063 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
23064 in terms of the units @expr{u_a}.
23066 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
23067 which the first argument is a number which is out of range for the
23068 leading unit are modified accordingly.
23070 When cancelling and combining units in products and quotients,
23071 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
23072 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
23073 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
23074 are not combined in this way.
23076 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
23077 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
23078 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
23080 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
23081 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
23082 units of area) then they are replaced by the ratio between those
23083 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
23084 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
23086 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
23087 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
23088 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
23090 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
23091 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
23092 and @expr{(a^b)^c} to 
23093 @texline @math{a^{b c}}
23094 @infoline @expr{a^(b c)} 
23095 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
23096 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
23097 real.)
23099 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
23100 base units in that unit name all occur to powers which are a
23101 multiple of the denominator of the power, then the unit name
23102 is expanded out into its base units, which can then be simplified
23103 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
23104 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
23105 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
23106 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
23107 replaced by approximately 
23108 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
23109 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
23110 which is then changed to 
23111 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
23112 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
23113 then to @expr{257440 m^3}.
23115 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
23116 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
23117 applied to unit names or products or quotients involving units, are
23118 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
23119 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
23120 and the righthand term simplifies to @code{in}.
23122 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
23123 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
23124 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
23125 with the angular mode temporarily set to radians.
23127 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
23128 @section Polynomials
23130 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
23131 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
23132 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
23133 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
23134 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
23135 are often numbers, but they may in general be any formulas not
23136 involving the base variable.
23138 @kindex a f
23139 @pindex calc-factor
23140 @tindex factor
23141 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
23142 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
23143 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
23144 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
23145 @expr{(a + b) (c + d)}.
23147 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
23148 linear in several variables, such as the second example above, are
23149 merged according to the distributive law.  Formulas which are
23150 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
23151 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
23152 terms.  The first example above factors into three linear terms
23153 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
23154 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
23155 rewrite mechanism.
23157 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
23158 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
23159 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
23160 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
23161 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
23162 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
23163 integers (whose number of digits approaches the current precision).
23164 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
23165 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
23166 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
23167 version of Calc.)
23169 @vindex FactorRules
23170 @ignore
23171 @starindex
23172 @end ignore
23173 @tindex thecoefs
23174 @ignore
23175 @starindex
23176 @end ignore
23177 @ignore
23178 @mindex @idots
23179 @end ignore
23180 @tindex thefactors
23181 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
23182 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
23183 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
23184 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
23185 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
23186 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
23187 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
23188 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
23189 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
23190 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
23191 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
23192 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
23193 Calc then multiplies these terms together to get the complete
23194 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
23195 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
23196 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
23197 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23198 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23200 @kindex H a f
23201 @tindex factors
23202 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23203 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23204 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23205 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23206 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23207 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23208 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23209 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23210 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23211 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23212 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23214 @kindex a c
23215 @pindex calc-collect
23216 @tindex collect
23217 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23218 formula as a
23219 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23220 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23221 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23222 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23223 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23224 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23225 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23226 not be expanded.
23228 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23229 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23230 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23231 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23232 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23234 @kindex a x
23235 @pindex calc-expand
23236 @tindex expand
23237 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23238 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23239 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23240 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23241 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23242 the partially expanded expression is left on the stack.
23244 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23245 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23246 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23247 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23248 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23249 also know many other kinds of expansions, such as
23250 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23251 do not do.)
23253 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23254 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23255 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23256 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23257 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23258 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23259 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23260 the way in one step.
23262 @kindex a a
23263 @pindex calc-apart
23264 @tindex apart
23265 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23266 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23267 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23268 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23269 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23270 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23271 chooses the base variable automatically.
23273 @kindex a n
23274 @pindex calc-normalize-rat
23275 @tindex nrat
23276 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23277 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23278 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23279 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23280 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23281 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23283 @kindex a \
23284 @pindex calc-poly-div
23285 @tindex pdiv
23286 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23287 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23288 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23289 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23290 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23291 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23292 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23293 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23294 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23296 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23297 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23298 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23299 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23300 above.
23302 @kindex a %
23303 @pindex calc-poly-rem
23304 @tindex prem
23305 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23306 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23307 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23308 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23309 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23310 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23312 @kindex a /
23313 @kindex H a /
23314 @pindex calc-poly-div-rem
23315 @tindex pdivrem
23316 @tindex pdivide
23317 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23318 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23319 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23320 command divides two polynomials and constructs the formula
23321 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23322 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23324 @kindex a g
23325 @pindex calc-poly-gcd
23326 @tindex pgcd
23327 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23328 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23329 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23330 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23331 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23332 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23333 definition of GCD ensures that this division can take place without
23334 leaving a remainder.)
23336 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23337 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23338 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23339 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23340 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23341 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23342 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23344 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23345 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23346 polynomial routines used in the above commands.
23348 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23349 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23351 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23352 @section Calculus
23354 @noindent
23355 The following calculus commands do not automatically simplify their
23356 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23357 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23358 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23359 readable way.
23361 @menu
23362 * Differentiation::
23363 * Integration::
23364 * Customizing the Integrator::
23365 * Numerical Integration::
23366 * Taylor Series::
23367 @end menu
23369 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23370 @subsection Differentiation
23372 @noindent
23373 @kindex a d
23374 @kindex H a d
23375 @pindex calc-derivative
23376 @tindex deriv
23377 @tindex tderiv
23378 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23379 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23380 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23381 in the formula other than the specified differentiation variable are
23382 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23383 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23384 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23385 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23386 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23387 are considered constant, as are variables that have been declared
23388 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23390 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23391 @var{n}th derivative.
23393 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23394 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23395 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23396 answer!
23398 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23399 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23400 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23401 @texline @math{x=x_0}.
23402 @infoline @expr{x=x0}.
23404 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23405 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23406 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23407 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23408 derivative of @code{f}.
23410 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23411 the functions according to their defining formulas unless you have
23412 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23413 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23414 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23415 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23416 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23417 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23419 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23420 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23421 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23422 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23423 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23424 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23425 argument once).
23427 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23428 @subsection Integration
23430 @noindent
23431 @kindex a i
23432 @pindex calc-integral
23433 @tindex integ
23434 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23435 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23436 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23437 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23438 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23439 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23440 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23441 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23442 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23443 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23444 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23445 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23446 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23447 hyperbolic functions can be integrated.
23449 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23450 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23451 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23452 lower limit and an upper limit.
23454 @ifnottex
23455 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23456 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23457 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23458 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23459 integral from @code{a} to @code{b}.
23460 @end ifnottex
23461 @tex
23462 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23463 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23464 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23465 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23466 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23467 @end tex
23469 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23470 produces results that are significantly more complex than they need to
23471 be.  For example, the integral Calc finds for 
23472 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23473 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23474 is several times more complicated than the answer Mathematica
23475 returns for the same input, although the two forms are numerically
23476 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23477 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23478 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23479 Calc's solution for 
23480 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23481 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23482 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23483 constant factor of  
23484 @texline @math{\pi i / 2}
23485 @infoline @expr{pi i / 2},
23486 due to a different choice of constant of integration.
23488 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23489 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23490 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23491 suspect this is not happening when it should, use the
23492 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23494 @vindex IntegLimit
23495 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23496 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23497 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23498 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23499 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23500 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23501 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23502 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23503 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23504 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23505 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23506 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23508 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23509 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23510 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23511 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23512 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23514 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23515 @subsection Customizing the Integrator
23517 @noindent
23518 @vindex IntegRules
23519 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23520 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23521 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23522 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23523 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23524 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23525 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23526 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23527 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23528 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23529 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23530 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23531 automatically made various transformations on the integral to allow it
23532 to use your rule; integral tables generally give rules for
23533 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23534 in your @code{IntegRules}.
23536 @cindex Exponential integral Ei(x)
23537 @ignore
23538 @starindex
23539 @end ignore
23540 @tindex Ei
23541 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23542 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23543 integral'' function 
23544 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23545 @infoline @expr{Ei(x)} 
23546 was invented to describe it.
23547 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23548 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23549 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23550 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23551 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23552 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23553 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23554 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23555 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23557 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23558 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23559 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23560 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23561 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23562 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23563 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23564 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23565 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23566 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23567 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23568 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23569 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23571 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23572 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23573 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23574 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23575 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23576 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23577 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23578 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23579 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23580 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23581 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23582 it need not be.
23584 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23585 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23586 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23587 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23588 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23589 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23590 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23591 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23592 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23593 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23594 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23595 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23596 own with the information it knows, then your substitution rule will
23597 work only in very specific, simple cases.
23599 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23600 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23601 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23602 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23603 forever!)
23605 @vindex IntegSimpRules
23606 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23607 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23608 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23609 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23610 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23612 One more way to influence the integrator is to define a function with
23613 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23614 integrator automatically expands such functions according to their
23615 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23616 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23617 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23618 do this.)
23620 @vindex IntegAfterRules
23621 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23622 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23623 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23624 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23625 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23626 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23627 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23628 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23629 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23630 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23631 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23632 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23633 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23634 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23635 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23636 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23637 @code{IntegSimpRules}.
23639 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23640 @subsection Numerical Integration
23642 @noindent
23643 @kindex a I
23644 @pindex calc-num-integral
23645 @tindex ninteg
23646 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23647 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23648 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23649 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23650 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23651 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23653 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23654 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23655 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23656 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23657 the Romberg method works especially well when the function being
23658 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23659 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23660 determine the value of the integral.
23662 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23663 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23664 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23665 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23666 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23667 well-behaved in the specified interval.
23669 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23670 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23671 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23672 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23673 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23674 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23675 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23677 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23678 @subsection Taylor Series
23680 @noindent
23681 @kindex a t
23682 @pindex calc-taylor
23683 @tindex taylor
23684 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23685 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23686 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23687 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23688 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23689 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23690 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23691 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23692 may appear to get fewer terms than you asked for.
23694 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23695 function, you can get an approximation by integrating the function's
23696 Taylor series.
23698 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23699 @section Solving Equations
23701 @noindent
23702 @kindex a S
23703 @pindex calc-solve-for
23704 @tindex solve
23705 @cindex Equations, solving
23706 @cindex Solving equations
23707 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23708 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23709 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23710 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23711 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23712 form @expr{X = 0}.
23714 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23715 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23716 be; for example, solving 
23717 @texline @math{a < b \, c}
23718 @infoline @expr{a < b c} 
23719 for @expr{b} is impossible
23720 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23721 produce the result 
23722 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23723 @infoline @expr{b != a/c} 
23724 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23725 inequality is now unknown.  The inequality 
23726 @texline @math{a \le b \, c}
23727 @infoline @expr{a <= b c} 
23728 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23729 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23731 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23732 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23733 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23734 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23736 @menu
23737 * Multiple Solutions::
23738 * Solving Systems of Equations::
23739 * Decomposing Polynomials::
23740 @end menu
23742 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23743 @subsection Multiple Solutions
23745 @noindent
23746 @kindex H a S
23747 @tindex fsolve
23748 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23749 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23750 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23751 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23752 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23753 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23754 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23755 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23756 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23757 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23758 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23759 of these variables.
23761 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23762 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23763 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23764 think about it is that the square-root operation is really a
23765 two-valued function; since every Calc function must return a
23766 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23767 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23768 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23770 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23771 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23772 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23773 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23774 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23775 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23776 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23777 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23779 @cindex @code{GenCount} variable
23780 @vindex GenCount
23781 @ignore
23782 @starindex
23783 @end ignore
23784 @tindex an
23785 @ignore
23786 @starindex
23787 @end ignore
23788 @tindex as
23789 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23790 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23791 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23792 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23793 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23794 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23795 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23796 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23797 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23798 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23799 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23800 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23801 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23802 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23804 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23805 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23807 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23808 in that variable is not a positive integer, the regular
23809 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23811 @kindex I a S
23812 @kindex H I a S
23813 @tindex finv
23814 @tindex ffinv
23815 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23816 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23817 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23818 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23819 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23820 fully general inverse, as described above.
23822 @kindex a P
23823 @pindex calc-poly-roots
23824 @tindex roots
23825 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23826 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23827 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23828 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23829 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23830 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23831 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23832 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23833 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23834 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23835 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23836 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23837 reported; @pxref{Declarations}.)
23839 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23840 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23841 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23842 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23843 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23844 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23845 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23846 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23847 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23848 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23849 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23850 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23851 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23852 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23853 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23854 are all numbers (real or complex).
23856 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23857 @subsection Solving Systems of Equations
23859 @noindent
23860 @cindex Systems of equations, symbolic
23861 You can also use the commands described above to solve systems of
23862 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23863 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23864 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23865 at the prompt.)
23867 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23868 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23869 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23870 have the same length as the variables vector, and the variables
23871 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23872 are not always simplified as far as possible; the solution for
23873 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23874 command.
23876 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23877 time by solving one of the equations for that variable and then
23878 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23879 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23880 first tries to eliminate the first variable with the first
23881 equation, then the second variable with the second equation,
23882 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23883 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23884 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23885 nonlinear systems.
23887 @ignore
23888 @starindex
23889 @end ignore
23890 @tindex elim
23891 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23892 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23893 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23894 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23895 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23896 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23897 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23898 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23899 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23900 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23901 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23902 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23904 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23905 Calc simply eliminates those variables from the equations
23906 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23907 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23908 eliminated will reduce the number of equations in the system
23909 by one.
23911 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23912 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23913 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23914 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23915 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23916 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23917 variables you requested.)
23919 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23920 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23921 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23923 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23924 @subsection Decomposing Polynomials
23926 @noindent
23927 @ignore
23928 @starindex
23929 @end ignore
23930 @tindex poly
23931 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23932 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23933 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23934 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23935 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23936 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23937 of length one, representing a polynomial with only a constant
23938 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23939 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23940 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23941 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23942 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23944 @cindex Coefficients of polynomial
23945 @cindex Degree of polynomial
23946 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23947 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23948 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23949 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23950 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23952 @ignore
23953 @starindex
23954 @end ignore
23955 @tindex gpoly
23956 One important feature of the solver is its ability to recognize
23957 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23958 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23959 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23960 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23961 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23962 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23963 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23964 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23965 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23966 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23967 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23968 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23969 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23970 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23971 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23972 is considered trivial.
23974 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23975 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23977 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23978 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23979 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23980 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23981 a quartic polynomial in @expr{x}.
23983 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23984 discover:
23986 @smallexample
23987 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23988 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23989 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23990 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23991 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23992 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23993 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23994 @end smallexample
23996 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23997 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23998 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23999 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
24000 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
24001 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
24002 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
24003 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
24005 @ignore
24006 @starindex
24007 @end ignore
24008 @tindex pdeg
24009 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
24010 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
24011 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
24012 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
24013 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
24014 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
24015 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
24016 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
24017 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
24018 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
24019 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
24020 (minus infinity).
24022 @ignore
24023 @starindex
24024 @end ignore
24025 @tindex plead
24026 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
24027 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
24028 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
24029 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
24030 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
24032 @ignore
24033 @starindex
24034 @end ignore
24035 @tindex pcont
24036 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
24037 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
24038 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
24039 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
24040 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
24041 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
24042 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
24043 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
24044 coefficient.
24046 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
24047 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
24048 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
24049 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
24050 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
24051 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
24052 Dividing the polynomial by this number will clear all the
24053 denominators, as well as dividing by any common content in the
24054 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
24055 if all the coefficients in the polynomial are negative.
24057 @ignore
24058 @starindex
24059 @end ignore
24060 @tindex pprim
24061 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
24062 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
24063 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
24064 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
24065 terms.
24067 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
24068 @section Numerical Solutions
24070 @noindent
24071 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
24072 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
24073 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
24074 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
24075 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
24077 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
24078 on numerical data.)
24080 @menu
24081 * Root Finding::
24082 * Minimization::
24083 * Numerical Systems of Equations::
24084 @end menu
24086 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
24087 @subsection Root Finding
24089 @noindent
24090 @kindex a R
24091 @pindex calc-find-root
24092 @tindex root
24093 @cindex Newton's method
24094 @cindex Roots of equations
24095 @cindex Numerical root-finding
24096 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
24097 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
24098 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
24099 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
24101 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
24102 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
24103 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
24104 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
24105 a value is assigned to the solution variable and the formula is
24106 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
24107 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
24108 this command.
24110 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
24111 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
24112 solves the equation, and the difference between the lefthand and
24113 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
24114 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
24115 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
24116 number may be slightly different from the value you would compute from
24117 the equation yourself.)
24119 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
24120 the first element of the result vector, discarding the error term.
24122 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
24123 for a real solution near that number, or a complex number, in which
24124 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
24125 solution, or it can be an interval form which restricts the search
24126 to real numbers inside that interval.
24128 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
24129 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
24130 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
24131 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
24132 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
24133 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
24134 complex number, the function must be differentiable.
24136 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
24137 is negative at one end of the interval you specify and positive at
24138 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
24139 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
24140 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
24141 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
24143 @kindex H a R
24144 @tindex wroot
24145 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
24146 that if the initial guess is an interval for which the function has
24147 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
24148 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
24149 you are not sure if the function has a root in your interval.
24151 If the function is not differentiable, and you give a simple number
24152 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
24153 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
24154 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
24155 require a bounding interval in order to work.)
24157 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
24158 form on the stack, it will normally display an explanation for why
24159 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
24160 (@code{calc-why}) to get it back.
24162 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
24163 @subsection Minimization
24165 @noindent
24166 @kindex a N
24167 @kindex H a N
24168 @kindex a X
24169 @kindex H a X
24170 @pindex calc-find-minimum
24171 @pindex calc-find-maximum
24172 @tindex minimize
24173 @tindex maximize
24174 @cindex Minimization, numerical
24175 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
24176 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
24177 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
24178 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
24179 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
24180 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
24181 value of the variable which minimizes the formula's value, along
24182 with the minimum value itself.
24184 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
24185 have more than one minimum; some, like 
24186 @texline @math{x \sin x},
24187 @infoline @expr{x sin(x)}, 
24188 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
24189 ``global'' minimum of 
24190 @texline @math{x \sin x}
24191 @infoline @expr{x sin(x)} 
24192 but Calc can still locate any particular local minimum
24193 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
24194 finds a point at which the function's value is greater both to the left
24195 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
24197 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24198 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24199 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24200 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24201 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24202 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24203 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24204 any, that happens to lie in that range.
24206 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24207 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24208 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24209 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24210 answer.
24212 @ignore
24213 @mindex wmin@idots
24214 @end ignore
24215 @tindex wminimize
24216 @ignore
24217 @mindex wmax@idots
24218 @end ignore
24219 @tindex wmaximize
24220 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24221 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24222 that the minimum lie inside the interval you supply.
24224 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24225 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24226 negative of the formula you supply.
24228 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24229 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24230 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24231 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24232 be minimized over the reals.
24234 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
24235 @subsection Systems of Equations
24237 @noindent
24238 @cindex Systems of equations, numerical
24239 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24240 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24241 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24242 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24243 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24244 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24245 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24246 values that solved the system of equations, and the differences
24247 between the sides of the equations with those variable values.
24248 There must be the same number of equations as variables.  Since
24249 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24250 no effect when solving a system of equations.
24252 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24253 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24254 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24255 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24256 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24257 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24258 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24260 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24261 @section Curve Fitting
24263 @noindent
24264 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24265 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24266 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24267 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24268 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24269 possible fit.  The model formula can be entered in various ways after
24270 the key sequence @kbd{a F} is pressed.  
24272 If the letter @kbd{P} is pressed after @kbd{a F} but before the model
24273 description is entered, the data as well as the model formula will be
24274 plotted after the formula is determined.  This will be indicated by a
24275 ``P'' in the minibuffer after the help message.
24277 @menu
24278 * Linear Fits::
24279 * Polynomial and Multilinear Fits::
24280 * Error Estimates for Fits::
24281 * Standard Nonlinear Models::
24282 * Curve Fitting Details::
24283 * Interpolation::
24284 @end menu
24286 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24287 @subsection Linear Fits
24289 @noindent
24290 @kindex a F
24291 @pindex calc-curve-fit
24292 @tindex fit
24293 @cindex Linear regression
24294 @cindex Least-squares fits
24295 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24296 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24297 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24298 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24299 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24300 fit for the data.
24302 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24303 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24304 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24305 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24306 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24307 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24308 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24309 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24311 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24312 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24313 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24314 the @dfn{parameters} of the model.
24316 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24317 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24318 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24319 @texline @math{2\times N}
24320 @infoline 2xN
24321 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24322 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24323 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24324 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24326 If you happen to have an 
24327 @texline @math{N\times2}
24328 @infoline Nx2
24329 matrix instead of a 
24330 @texline @math{2\times N}
24331 @infoline 2xN
24332 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24334 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24335 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24337 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24338 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24339 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24340 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24341 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24342 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24343 name only those and let the parameters use default names.
24345 For example, suppose the data matrix
24347 @ifnottex
24348 @example
24349 @group
24350 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24351   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24352 @end group
24353 @end example
24354 @end ifnottex
24355 @tex
24356 \turnoffactive
24357 \turnoffactive
24358 \beforedisplay
24359 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24360              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24362 \afterdisplay
24363 @end tex
24365 @noindent
24366 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24367 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24368 the default names.  The result will be the formula @expr{3. + 2. x}
24369 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24370 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24371 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24372 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24373 formula.
24375 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24376 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24377 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24378 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24379 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24380 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24382 Specifying a different independent variable name will affect the
24383 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24384 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24385 the equations that go into the trail.
24387 @tex
24388 \bigskip
24389 @end tex
24391 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24392 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24393 The result is:
24395 @example
24396 2.6 + 2.2 x
24397 @end example
24399 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24400 a reasonably close match to the y-values in the data.
24402 @example
24403 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24404 @end example
24406 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24407 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24408 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24409 error measure
24411 @ifnottex
24412 @example
24413 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24414 @end example
24415 @end ifnottex
24416 @tex
24417 \turnoffactive
24418 \beforedisplay
24419 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24420 \afterdisplay
24421 @end tex
24423 @noindent
24424 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24425 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24426 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24427 summand is squared, one of them being to ensure that 
24428 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24429 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24430 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24431 for which the error 
24432 @texline @math{\chi^2}
24433 @infoline @expr{chi^2} 
24434 is as small as possible.
24436 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24437 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24439 @tex
24440 \bigskip
24441 @end tex
24443 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24444 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24445 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24446 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24447 is always one independent variable and one dependent variable.
24449 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24450 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24451 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24452 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24453 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24455 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24456 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24458 @noindent
24459 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24460 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24461 we could fit the original data matrix from the previous section
24462 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24463 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24465 @example
24466 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24467 @end example
24469 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24470 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24471 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24472 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24473 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24474 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24475 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24476 won't help.)
24478 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24479 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24480 line slightly to improve the fit.
24482 @example
24483 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24484 @end example
24486 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24487 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24488 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24489 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24490 a polynomial that exactly matches all five data points:
24492 @example
24493 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24494 @end example
24496 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24497 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24498 It is a good idea to increase the working precision to several
24499 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24500 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24501 results.
24503 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24504 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24505 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24506 automatically.
24508 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24509 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24510 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24511 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24512 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24513 command described below.  @xref{Interpolation}.
24515 @tex
24516 \bigskip
24517 @end tex
24519 Another generalization of the linear model is to assume the
24520 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24521 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24522 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24523 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24525 Given the data matrix,
24527 @example
24528 @group
24529 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24530   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24531   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24532 @end group
24533 @end example
24535 @noindent
24536 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24537 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24538 model @expr{a + b x + c y}.
24540 @example
24541 8. + 3. x + 0.5 y
24542 @end example
24544 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24545 (i.e., with any number of data rows).
24547 @tex
24548 \bigskip
24549 @end tex
24551 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24552 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24553 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24554 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24555 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24556 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24557 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24558 This will be indicated by an ``h'' in the minibuffer after the help
24559 message.
24561 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24562 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24563 key to select models like these, a later section shows how to enter
24564 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24565 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24567 Another class of models that will work but must be entered by hand
24568 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24570 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24571 @subsection Error Estimates for Fits
24573 @noindent
24574 @kindex H a F
24575 @tindex efit
24576 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24577 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24578 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24579 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24581 @example
24582 3. + 2. x
24583 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24584 @end example
24586 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24587 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24588 moderately small, because the data are still very close to linear.
24590 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24591 contain error forms.  The data values must either all include errors
24592 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24593 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24594 row contains error forms
24595 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24596 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24597 then the 
24598 @texline @math{\chi^2}
24599 @infoline @expr{chi^2}
24600 statistic is now,
24602 @ifnottex
24603 @example
24604 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24605 @end example
24606 @end ifnottex
24607 @tex
24608 \turnoffactive
24609 \beforedisplay
24610 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24611 \afterdisplay
24612 @end tex
24614 @noindent
24615 so that data points with larger error estimates contribute less to
24616 the fitting operation.
24618 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24619 errors for a given data point are combined; the square root of the
24620 sum of the squares of the errors forms the 
24621 @texline @math{\sigma_i}
24622 @infoline @expr{sigma_i} 
24623 used for the data point.
24625 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24626 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24627 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24628 estimates.
24630 If the input contains error forms but all the 
24631 @texline @math{\sigma_i}
24632 @infoline @expr{sigma_i} 
24633 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24634 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24635 @texline (@math{\chi^2}
24636 @infoline (@expr{chi^2}
24637 is simply scaled uniformly by 
24638 @texline @math{1 / \sigma^2},
24639 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24640 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24641 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24642 @kbd{H a F}. 
24644 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24645 of where these error estimates come from and how they should be
24646 interpreted.
24648 @tex
24649 \bigskip
24650 @end tex
24652 @kindex I a F
24653 @tindex xfit
24654 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24655 information.  The result is a vector of six items:
24657 @enumerate
24658 @item
24659 The model formula with error forms for its coefficients or
24660 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24661 produced.
24663 @item
24664 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24665 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24666 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24667 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24668 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24670 @item
24671 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24672 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24673 @texline @math{C_{jj}}
24674 @infoline @expr{C_j_j} 
24675 are the variances 
24676 @texline @math{\sigma_j^2}
24677 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24678 of the parameters.  The other elements are covariances
24679 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24680 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24681 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24682 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24683 @texline @math{r_{ij}},
24684 @infoline @expr{r_i_j},
24685 are defined as 
24686 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24687 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24689 @item
24690 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24691 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24692 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24693 polynomial and multilinear fits described so far.
24695 @item
24696 The value of 
24697 @texline @math{\chi^2}
24698 @infoline @expr{chi^2} 
24699 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24700 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24701 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24702 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24703 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24704 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24706 @item
24707 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24708 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24709 function using 
24710 @texline @math{\chi^2}
24711 @infoline @expr{chi^2} 
24712 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24713 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24714 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24715 particular, 
24716 @texline @math{\chi^2}
24717 @infoline @expr{chi^2} 
24718 statistics assume the errors in your inputs
24719 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24720 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24722 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24723 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24724 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24725 @texline @math{\chi^2}
24726 @infoline @expr{chi^2}
24727 value has effectively been used to estimate the original errors
24728 in the input, and thus there is no redundant information left
24729 over to use for a confidence test.
24730 @end enumerate
24732 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24733 @subsection Standard Nonlinear Models
24735 @noindent
24736 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24737 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24738 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24740 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24742 @table @kbd
24743 @item 1
24744 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24745 @item 2-9
24746 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24747 @item e
24748 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24749 @item E
24750 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24751 @item x
24752 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24753 @item X
24754 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24755 @item l
24756 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24757 @item L
24758 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24759 @item ^
24760 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24761 @item p
24762 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24763 @item q
24764 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24765 @item g
24766 Gaussian.  
24767 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24768 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24769 @item s
24770 Logistic @emph{s} curve.
24771 @texline @math{a/(1+e^{b(x-c)})}.
24772 @infoline @mathit{a/(1 + exp(b (x - c)))}.
24773 @item b
24774 Logistic bell curve.
24775 @texline @math{ae^{b(x-c)}/(1+e^{b(x-c)})^2}.
24776 @infoline @mathit{a exp(b (x - c))/(1 + exp(b (x - c)))^2}.
24777 @item o
24778 Hubbert linearization.
24779 @texline @math{{y \over x} = a(1-x/b)}.
24780 @infoline @mathit{(y/x) = a (1 - x/b)}.
24781 @end table
24783 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24784 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24785 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24786 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24787 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24789 All models except Gaussian, logistics, Hubbert and polynomials can
24790 generalize as shown to any number of independent variables.  Also, all
24791 the built-in models except for the logistic and Hubbert curves have an 
24792 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24793 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24794 before the model key.
24796 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24797 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24798 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24799 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24800 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24801 matches the problem.
24803 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24804 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24805 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24806 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24807 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24808 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24810 @tex
24811 \bigskip
24812 @end tex
24814 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24815 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24816 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24817 will work, though---see the next section for details.)
24819 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24820 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24821 equal terms; this model effectively has two parameters
24822 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24823 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24824 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24825 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24826 model.
24828 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24829 the variables that appear in the model.  These are used for the
24830 default parameters, independent variables, and dependent variable
24831 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24832 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24833 and thus does not need a name.
24835 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24836 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24837 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24838 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24839 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24840 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24841 variables.
24843 You can, of course, override these choices by entering something
24844 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24845 those variables must have stored values and those stored values will
24846 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24847 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24848 If you list only independent variables, all the remaining variables
24849 in the model formula will become parameters.
24851 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24852 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24853 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24854 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24855 a linear model.
24857 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24858 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24859 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24860 choose which variables in the formula are independent by default and
24861 which are parameters.
24863 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24864 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24865 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24866 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24867 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24868 those listed as @var{vars} are parameters.)
24870 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24871 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24873 @tex
24874 \bigskip
24875 @end tex
24877 @vindex Model1
24878 @vindex Model2
24879 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24880 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24881 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24882 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24883 accept for a model on the stack.
24885 @tex
24886 \bigskip
24887 @end tex
24889 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24890 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24891 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24892 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24893 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24894 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24895 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24896 so that the argument of the sine might go from zero to 
24897 @texline @math{3\times360}
24898 @infoline @mathit{3*360} 
24899 degrees.
24900 The above model would appear to be a good way to determine the
24901 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24902 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24903 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24904 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24905 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24906 even approximately.
24908 There is no good solution to this problem at present.  You could
24909 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24910 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24911 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24912 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24913 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24914 taking Fourier and related transforms.)
24916 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24917 @subsection Curve Fitting Details
24919 @noindent
24920 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24921 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24922 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24923 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24924 (of course there can be any number of each, not just three).
24926 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24927 to convert the model into this form.  For example, if the model
24928 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24929 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24931 For most other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24932 to try to put the problem into the form
24934 @smallexample
24935 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)
24936 @end smallexample
24938 @noindent
24939 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24940 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24941 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24942 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24943 in terms of @expr{A,B,C}.
24945 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24946 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24947 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24948 can be rewritten as follows:
24950 @example
24951 y = a x^b
24952 y = a exp(b ln(x))
24953 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24954 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24955 @end example
24957 @noindent
24958 which matches the desired form with 
24959 @texline @math{Y = \ln(y)},
24960 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24961 @texline @math{A = \ln(a)},
24962 @infoline @expr{A = ln(a)},
24963 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24964 @texline @math{G = \ln(x)}.
24965 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24966 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24967 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24968 @texline @math{a = \exp(A)} 
24969 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24970 and @expr{b = B}.
24972 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24973 be handled by expanding according to the distributive law.
24975 @example
24976 y = a + b*(x - c)^2
24977 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24978 @end example
24980 @noindent
24981 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24982 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24983 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24984 @expr{H = x^2}.
24986 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24987 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24988 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24990 The logistic models cannot be put into general linear form.  For these
24991 models, and the Hubbert linearization, Calc computes a rough
24992 approximation for the parameters, then uses the Levenberg-Marquardt
24993 iterative method to refine the approximations.
24995 Another model that cannot be put into general linear
24996 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24997 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24998 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24999 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
25000 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
25001 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
25002 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
25003 Note that some models can be linearized in several ways.  The
25004 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
25005 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
25006 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
25008 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
25009 store suitable values in those parameter variables, then omit them
25010 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
25012 @tex
25013 \bigskip
25014 @end tex
25016 A last desperate step would be to use the general-purpose
25017 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
25018 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
25019 @texline @math{\chi^2}
25020 @infoline @expr{chi^2}
25021 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
25022 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
25023 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
25024 command can do the same thing by brute force.
25026 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
25027 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
25028 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
25029 to be minimized would be the value of 
25030 @texline @math{\chi^2}
25031 @infoline @expr{chi^2} 
25032 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
25034 @smallexample
25035 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
25036 @end smallexample
25038 @noindent
25039 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
25040 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
25041 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
25042 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
25043 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
25044 were used by itself to solve the problem).
25046 @tex
25047 \bigskip
25048 @end tex
25050 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
25051 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
25052 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
25053 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
25054 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
25055 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
25056 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
25057 and so on (which is always true if the model is already linear
25058 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
25059 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
25060 of one formula per parameter in the original model.  The raw
25061 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
25062 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
25063 and so on.
25065 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
25066 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
25067 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
25068 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
25069 values to be substituted into the original model.  In the case of
25070 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
25071 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
25072 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
25073 standard error-form arithmetic take it from there.
25075 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
25076 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
25077 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
25078 figure out how to interpret the covariances in the presence of
25079 nontrivial filter functions.
25081 Things are also complicated when the input contains error forms.
25082 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
25083 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
25084 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
25085 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
25086 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
25087 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
25088 linearized model is evaluated, and the result should be an error
25089 form.  The error part of that result is used for 
25090 @texline @math{\sigma_i}
25091 @infoline @expr{sigma_i} 
25092 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
25093 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
25094 @texline @math{\sigma_i}.
25095 @infoline @expr{sigma_i}.  
25096 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
25097 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
25098 the righthand side of the linearized model is computed in regular
25099 arithmetic with no error forms.
25101 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
25102 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
25103 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
25104 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
25105 and multilinear models, the combined error is simply used as the
25106 @texline @math{\sigma}
25107 @infoline @expr{sigma} 
25108 for the data point with no further ado.)
25110 @tex
25111 \bigskip
25112 @end tex
25114 @vindex FitRules
25115 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
25116 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
25117 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
25118 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
25119 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
25120 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
25121 @xref{Operations on Variables}.
25123 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
25125 @ignore
25126 @starindex
25127 @end ignore
25128 @tindex fitvar
25129 @ignore
25130 @starindex
25131 @end ignore
25132 @ignore
25133 @mindex @idots
25134 @end ignore
25135 @tindex fitparam
25136 @ignore
25137 @starindex
25138 @end ignore
25139 @ignore
25140 @mindex @null
25141 @end ignore
25142 @tindex fitmodel
25143 @ignore
25144 @starindex
25145 @end ignore
25146 @ignore
25147 @mindex @null
25148 @end ignore
25149 @tindex fitsystem
25150 @ignore
25151 @starindex
25152 @end ignore
25153 @ignore
25154 @mindex @null
25155 @end ignore
25156 @tindex fitdummy
25157 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
25158 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
25159 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
25160 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
25161 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
25162 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
25163 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
25164 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
25165 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
25167 @smallexample
25168 @group
25169 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
25170 @end group
25171 @end smallexample
25173 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
25174 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
25175 changes are possible.)
25177 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
25178 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
25180 @example
25181 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
25182 @end example
25184 @noindent
25185 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
25186 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
25187 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
25188 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
25189 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
25190 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
25191 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
25193 The power law model eventually boils down to
25195 @smallexample
25196 @group
25197 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25198           [1, ln(fitvar(1))],
25199           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25200 @end group
25201 @end smallexample
25203 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25204 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25205 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25206 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25207 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25208 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25209 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25210 and the distributive law is used to expand products of sums.
25211 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25212 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25213 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25214 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25215 will probably only need to modify the rules for this phase.
25217 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25218 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25219 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25220 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25221 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25222 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25223 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25224 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25225 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25226 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25227 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25228 raw parameters, for now.)
25230 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25231 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25232 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25233 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25234 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25235 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25236 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25237 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25238 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25239 using the distributive law in order to minimize the number of
25240 raw parameters needed.
25242 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25243 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25244 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25245 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25246 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25247 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25248 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25249 least-squares solver wants to see.
25251 @ignore
25252 @starindex
25253 @end ignore
25254 @ignore
25255 @mindex hasfit@idots
25256 @end ignore
25257 @tindex hasfitparams
25258 @ignore
25259 @starindex
25260 @end ignore
25261 @ignore
25262 @mindex @null
25263 @end ignore
25264 @tindex hasfitvars
25265 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25266 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25267 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25268 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25269 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25270 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25271 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25272 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25273 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25275 @tex
25276 \bigskip
25277 @end tex
25279 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25280 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25281 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25282 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25283 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25284 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25285 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25286 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25287 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25288 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25290 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25291 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25292 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25293 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25294 and the lower ones for @var{params}.
25296 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25297 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25298 and variables, as discussed previously.
25300 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25301 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25302 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25303 linearizer was unable to put the model into the required form.
25305 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25306 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25308 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
25309 @subsection Polynomial Interpolation
25311 @kindex a p
25312 @pindex calc-poly-interp
25313 @tindex polint
25314 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25315 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25316 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25317 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25318 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25319 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25320 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25321 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25322 efficient and more numerically stable.)
25324 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25325 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25326 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25327 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25328 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25329 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25331 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25332 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25334 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25335 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25336 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25337 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25338 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25339 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25341 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25342 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25344 @kindex H a p
25345 @tindex ratint
25346 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25347 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25348 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25349 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25350 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25351 have degree one higher than the numerator).
25353 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25354 describe functions that have poles (points at which the function's value
25355 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25356 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25357 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25358 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25360 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25361 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25362 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25363 capabilities to fit.)
25365 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25366 @section Summations
25368 @noindent
25369 @cindex Summation of a series
25370 @kindex a +
25371 @pindex calc-summation
25372 @tindex sum
25373 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25374 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25375 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25376 name of the summation index variable, the lower limit of the
25377 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25378 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25379 any later ones are answered by reading additional elements from
25380 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25381 produces the result 55.
25382 @tex
25383 \turnoffactive
25384 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25385 @end tex
25387 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25388 use a variable with a stored value.  In particular, while
25389 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25390 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25391 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25392 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25393 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25394 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25395 (@xref{Storing Variables}.)
25397 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25398 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25399 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25400 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25401 step value, in which case you can enter any formula or enter
25402 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25403 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25404 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25405 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25407 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25408 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25409 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25410 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25411 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25412 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25413 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25414 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25415 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25416 whenever it can for the sake of efficiency.
25418 The notation for sums in algebraic formulas is
25419 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25420 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25421 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25422 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25423 and @samp{inf}, respectively.
25425 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25426 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25427 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25428 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25429 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25430 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25431 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25432 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25434 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25435 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25436 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25437 the limits to include only the range of integers which result in
25438 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25439 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25441 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25442 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25443 Calc computes the number of iterations using the formula
25444 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25445 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25447 If the number of iterations according to the above formula does
25448 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25449 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25450 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25451 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25452 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25453 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25454 the rather dubious answer, 29.25.
25456 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25457 positive step size), the result is generally zero.  However,
25458 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25459 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25460 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25461 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25462 if Calc used a closed form solution.
25464 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25465 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25466 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25467 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25468 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25469 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25470 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25471 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25472 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25473 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25474 closed form.
25476 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25477 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25478 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25479 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25480 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25481 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25482 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25483 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25484 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25485 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25486 @texline @math{k \ne k_0},
25487 @infoline @expr{k != k_0},
25488 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25489 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25491 @cindex Alternating sums
25492 @kindex a -
25493 @pindex calc-alt-summation
25494 @tindex asum
25495 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25496 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25497 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25498 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25499 are converted to normal sums with an extra term of the form
25500 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25501 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25502 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25503 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25504 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25505 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25506 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25508 @cindex Product of a sequence
25509 @kindex a *
25510 @pindex calc-product
25511 @tindex prod
25512 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25513 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25514 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25515 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25516 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25518 @kindex a T
25519 @pindex calc-tabulate
25520 @tindex table
25521 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25522 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25523 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25524 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25525 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25527 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25528 @section Logical Operations
25530 @noindent
25531 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25532 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25533 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25534 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25535 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25536 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25537 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25538 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25539 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25540 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25541 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25542 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25543 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25544 false.  @xref{Declarations}.)
25546 @kindex a =
25547 @pindex calc-equal-to
25548 @tindex eq
25549 @tindex =
25550 @tindex ==
25551 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25552 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25553 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25554 are identical expressions, or because they are numbers which are
25555 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25556 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25557 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25558 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25559 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25561 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25562 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25563 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25564 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25565 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25566 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25567 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25568 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25569 zero if not.
25571 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25572 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25573 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25574 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25575 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25576 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25577 variables).
25579 @kindex a #
25580 @pindex calc-not-equal-to
25581 @tindex neq
25582 @tindex !=
25583 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25584 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25585 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25586 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25587 distinct numbers.
25589 @kindex a <
25590 @tindex lt
25591 @ignore
25592 @mindex @idots
25593 @end ignore
25594 @kindex a >
25595 @ignore
25596 @mindex @null
25597 @end ignore
25598 @kindex a [
25599 @ignore
25600 @mindex @null
25601 @end ignore
25602 @kindex a ]
25603 @pindex calc-less-than
25604 @pindex calc-greater-than
25605 @pindex calc-less-equal
25606 @pindex calc-greater-equal
25607 @ignore
25608 @mindex @null
25609 @end ignore
25610 @tindex gt
25611 @ignore
25612 @mindex @null
25613 @end ignore
25614 @tindex leq
25615 @ignore
25616 @mindex @null
25617 @end ignore
25618 @tindex geq
25619 @ignore
25620 @mindex @null
25621 @end ignore
25622 @tindex <
25623 @ignore
25624 @mindex @null
25625 @end ignore
25626 @tindex >
25627 @ignore
25628 @mindex @null
25629 @end ignore
25630 @tindex <=
25631 @ignore
25632 @mindex @null
25633 @end ignore
25634 @tindex >=
25635 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25636 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25637 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25638 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25639 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25641 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25642 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25643 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25644 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25645 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25646 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25647 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25648 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25650 @kindex a .
25651 @pindex calc-remove-equal
25652 @tindex rmeq
25653 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25654 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25655 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25656 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25657 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25658 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25659 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25660 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25661 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25662 taking the lefthand side.
25664 @kindex a &
25665 @pindex calc-logical-and
25666 @tindex land
25667 @tindex &&
25668 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25669 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25670 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25671 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25672 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25674 @kindex a |
25675 @pindex calc-logical-or
25676 @tindex lor
25677 @tindex ||
25678 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25679 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25680 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25681 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25682 zero.
25684 @kindex a !
25685 @pindex calc-logical-not
25686 @tindex lnot
25687 @tindex !
25688 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25689 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25690 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25691 number.
25693 @kindex a :
25694 @pindex calc-logical-if
25695 @tindex if
25696 @ignore
25697 @mindex ? :
25698 @end ignore
25699 @tindex ?
25700 @ignore
25701 @mindex @null
25702 @end ignore
25703 @tindex :
25704 @cindex Arguments, not evaluated
25705 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25706 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25707 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25708 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25709 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25710 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25711 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25712 @code{condition}.
25714 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25715 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25716 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25717 @samp{a?(3):4} instead.
25719 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25720 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25721 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25722 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25723 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25724 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25725 with all elements of @expr{a}.
25727 @kindex a @{
25728 @pindex calc-in-set
25729 @tindex in
25730 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25731 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25732 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25733 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25734 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25735 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25736 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25737 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25738 of this sort.
25740 @ignore
25741 @starindex
25742 @end ignore
25743 @tindex typeof
25744 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25745 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25746 the result will be one of the following numbers:
25748 @example
25749  1   Integer
25750  2   Fraction
25751  3   Floating-point number
25752  4   HMS form
25753  5   Rectangular complex number
25754  6   Polar complex number
25755  7   Error form
25756  8   Interval form
25757  9   Modulo form
25758 10   Date-only form
25759 11   Date/time form
25760 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25761 100  Variable
25762 101  Vector (but not a matrix)
25763 102  Matrix
25764 @end example
25766 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25767 represents the name of the top-level function call.
25769 @ignore
25770 @starindex
25771 @end ignore
25772 @tindex integer
25773 @ignore
25774 @starindex
25775 @end ignore
25776 @tindex real
25777 @ignore
25778 @starindex
25779 @end ignore
25780 @tindex constant
25781 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25782 The @samp{real(a)} function
25783 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25784 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25785 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25786 code result except for variables, and provided that the components of
25787 an object like a vector or error form are themselves constant.
25788 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25789 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25791 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25792 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25793 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25794 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25795 literally an integer constant.
25797 @ignore
25798 @starindex
25799 @end ignore
25800 @tindex refers
25801 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25802 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25803 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25804 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25805 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25806 variable (different from @expr{b}).
25808 @ignore
25809 @starindex
25810 @end ignore
25811 @tindex negative
25812 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25813 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25814 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25815 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25816 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25817 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25818 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25819 as a rewrite rule condition).
25821 @ignore
25822 @starindex
25823 @end ignore
25824 @tindex variable
25825 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25826 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25827 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25828 are considered variables like any others by this test.
25830 @ignore
25831 @starindex
25832 @end ignore
25833 @tindex nonvar
25834 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25835 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25836 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25837 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25838 often good enough.
25840 @ignore
25841 @starindex
25842 @end ignore
25843 @tindex lin
25844 @ignore
25845 @starindex
25846 @end ignore
25847 @tindex linnt
25848 @ignore
25849 @starindex
25850 @end ignore
25851 @tindex islin
25852 @ignore
25853 @starindex
25854 @end ignore
25855 @tindex islinnt
25856 @cindex Linearity testing
25857 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25858 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25859 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25860 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25861 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25862 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25863 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25864 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25865 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25866 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25867 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25868 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25869 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25870 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25871 returns true.
25873 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25874 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25875 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25876 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25877 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25878 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25879 linear in @expr{x}).
25881 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25882 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25883 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25884 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25885 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25886 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25887 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25888 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25889 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25890 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25892 @ignore
25893 @starindex
25894 @end ignore
25895 @tindex istrue
25896 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25897 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25898 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25899 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25900 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25901 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25902 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25903 in symbolic form.)
25905 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25906 @section Rewrite Rules
25908 @noindent
25909 @cindex Rewrite rules
25910 @cindex Transformations
25911 @cindex Pattern matching
25912 @kindex a r
25913 @pindex calc-rewrite
25914 @tindex rewrite
25915 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25916 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25917 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25918 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25919 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25920 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25921 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25922 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25923 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25925 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25926 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25927 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25928 entries are being parsed, converting strings of characters into
25929 Calc formulas.
25931 @menu
25932 * Entering Rewrite Rules::
25933 * Basic Rewrite Rules::
25934 * Conditional Rewrite Rules::
25935 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25936 * Other Features of Rewrite Rules::
25937 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25938 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25939 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25940 * Selections with Rewrite Rules::
25941 * Matching Commands::
25942 * Automatic Rewrites::
25943 * Debugging Rewrites::
25944 * Examples of Rewrite Rules::
25945 @end menu
25947 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25948 @subsection Entering Rewrite Rules
25950 @noindent
25951 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25952 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25953 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25954 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25955 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25956 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25957 assignments in special ways.
25959 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25960 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25961 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25962 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25963 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25965 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25966 rules.
25968 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25969 in several ways:
25971 @enumerate
25972 @item
25973 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25974 @item
25975 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25976 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25977 @item
25978 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25979 @kbd{myrules @key{RET}}.
25980 @item
25981 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25982 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25983 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25984 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25985 @item
25986 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25987 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25988 rewritten will come from the second-to-top position).
25989 @end enumerate
25991 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25992 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25993 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25995 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25996 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25997 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25998 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25999 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
26000 @pxref{Operations on Variables}.
26002 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
26003 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
26004 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
26005 through that variable, they will be compiled once and saved away
26006 along with the variable for later reference.  This is another good
26007 reason to store your rules in a variable.
26009 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
26010 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
26011 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
26013 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
26014 @subsection Basic Rewrite Rules
26016 @noindent
26017 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
26018 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
26019 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
26020 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
26021 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
26022 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
26023 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
26024 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
26025 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
26026 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
26027 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
26029 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
26030 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
26031 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
26032 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
26033 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
26035 Things other than variables must match exactly between the pattern
26036 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
26037 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
26038 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
26039 @samp{sin(a)+y}.
26041 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
26042 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
26043 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
26044 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
26046 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
26047 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
26048 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
26049 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
26050 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
26052 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
26053 throughout the target formula until no further changes are possible
26054 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
26055 change at a time.
26057 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
26058 @subsection Conditional Rewrite Rules
26060 @noindent
26061 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
26062 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
26063 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
26064 is present in the
26065 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
26066 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
26067 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
26068 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
26069 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
26070 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
26071 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
26072 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
26073 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
26074 1 or 0 according to the results of various tests.
26076 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
26077 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
26078 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
26079 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
26080 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
26081 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
26082 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
26083 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
26084 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
26086 While Calc will use declarations to reason about variables in the
26087 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
26088 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
26089 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
26090 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
26091 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
26092 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
26093 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
26094 the condition.
26096 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
26097 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
26098 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
26100 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
26101 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
26103 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
26104 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
26105 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
26106 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
26107 decides when it is best to test each condition while a rule is being
26108 matched.
26110 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
26111 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
26112 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
26113 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
26114 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
26115 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
26116 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
26117 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
26118 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
26120 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
26121 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
26122 because conditions often are expressions that cannot safely be
26123 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
26124 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
26125 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
26126 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
26127 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
26128 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
26130 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
26131 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
26132 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
26133 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
26134 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
26135 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
26136 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
26137 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
26138 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
26140 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
26141 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
26143 @noindent
26144 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
26145 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
26146 the associativity and commutativity of the following functions into
26147 account:
26149 @smallexample
26150 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
26151 @end smallexample
26153 For example, the rewrite rule:
26155 @example
26156 a x + b x  :=  (a + b) x
26157 @end example
26159 @noindent
26160 will match formulas of the form,
26162 @example
26163 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
26164 @end example
26166 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
26167 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
26169 @example
26170 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
26171 @end example
26173 @noindent
26174 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
26176 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
26177 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
26178 will take whichever suitable pair it discovers first.
26180 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
26181 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
26182 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
26183 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
26184 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
26185 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
26186 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
26187 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
26189 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
26190 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
26191 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
26192 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
26193 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
26194 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
26195 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
26196 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
26197 from occurring.
26199 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26200 the rule
26202 @example
26203 f(-x)  :=  -f(x)
26204 @end example
26206 @noindent
26207 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26208 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26209 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26210 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26211 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26212 condition is:
26214 @example
26215 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26216 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26217 @end example
26219 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26220 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26222 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26223 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26224 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26225 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26227 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26228 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26229 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26230 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26231 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26232 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26233 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26234 because while few mathematical operations are substantively different
26235 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26236 of multiplication, division, and integer powers separately.
26238 Even more subtle is the rule set
26240 @example
26241 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26242 @end example
26244 @noindent
26245 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26246 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26247 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26248 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26249 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26250 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26251 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26252 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26253 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26254 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26255 rule will have to be added.
26257 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26258 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26259 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26260 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26261 of the above rule for complex numbers would be
26263 @example
26264 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26265 @end example
26267 @noindent
26268 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26269 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26270 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26271 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26272 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26273 conjugate of a real number.)
26275 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26277 @example
26278 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26279 @end example
26281 @noindent
26282 will match the formula
26284 @example
26285 5 (x^2 - 4) + 3 x
26286 @end example
26288 @noindent
26289 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26290 formulas like
26292 @example
26293 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26294 @end example
26296 @noindent
26297 producing, respectively,
26299 @example
26300 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26301 @end example
26303 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26304 have been turned off with @kbd{m O}.)
26306 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26307 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26308 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26309 with @samp{a = -1}.
26311 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26313 @example
26314 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26315 @end example
26317 @noindent
26318 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26320 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26321 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26322 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26323 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26324 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26325 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26326 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26327 for a multiplication, not a division.
26329 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26330 by 1,
26332 @example
26333 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26334 @end example
26336 @noindent
26337 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26338 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26340 @example
26341 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26342 @end example
26344 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26345 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26347 Calc automatically converts a rule like
26349 @example
26350 f(x-1, x)  :=  g(x)
26351 @end example
26353 @noindent
26354 into the form
26356 @example
26357 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26358 @end example
26360 @noindent
26361 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26362 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26363 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26364 respectively, then verifying that they differ by one even though
26365 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26367 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26368 following rule,
26370 @example
26371 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26372 @end example
26374 @noindent
26375 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26376 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26377 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26378 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26379 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26380 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26381 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26383 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26384 You could make this resemble the original form more closely by using
26385 @code{let} notation, which is described in the next section:
26387 @example
26388 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26389 @end example
26391 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26392 which involves only the functions in the following list, operating
26393 only on constants and meta-variables which have already been matched
26394 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26395 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26396 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26397 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26398 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26400 @smallexample
26401 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26402 max min  re im conj arg
26403 @end smallexample
26405 You can suppress all of the special treatments described in this
26406 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26407 This marker causes the function call which is its argument to be
26408 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26409 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26410 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26411 For example,
26413 @example
26414 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26415 @end example
26417 @noindent
26418 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26419 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26420 commutativity and associativity is still considered while matching
26421 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26422 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26423 further and use
26425 @example
26426 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26427 @end example
26429 @noindent
26430 which would do a completely strict match for the pattern.
26432 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26433 function name but also the arguments must be literally the same.
26434 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26436 @example
26437 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26438 @end example
26440 @noindent
26441 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26443 @example
26444 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26445 @end example
26447 @noindent
26448 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26449 effect!
26451 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26452 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26453 in the rule
26455 @example
26456 a + f(b)  :=  f(a + b)
26457 @end example
26459 @noindent
26460 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26461 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26462 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26463 the default simplifications would do this anyway, so this
26464 special simplification is only noticeable if you have turned the
26465 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26466 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26467 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26468 marker on the righthand side:
26470 @example
26471 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26472 @end example
26474 @noindent
26475 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26476 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26477 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26479 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26480 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26482 @noindent
26483 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26484 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26485 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26486 work in the righthand side of a rule.
26488 @ignore
26489 @starindex
26490 @end ignore
26491 @tindex import
26492 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26493 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26494 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26495 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26496 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26497 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26498 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26499 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26500 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26501 @texline @math{v_1},
26502 @infoline @expr{v1}, 
26503 as either a variable name or a function name, replaced with 
26504 @texline @math{x_1}
26505 @infoline @expr{x1} 
26506 and so on.  (If 
26507 @texline @math{v_1}
26508 @infoline @expr{v1} 
26509 is used as a function name, then 
26510 @texline @math{x_1}
26511 @infoline @expr{x1}
26512 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26513 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26514 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26515 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26516 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26518 The special functions allowed in patterns are:
26520 @table @samp
26521 @item quote(x)
26522 @ignore
26523 @starindex
26524 @end ignore
26525 @tindex quote
26526 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26527 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26528 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26529 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26530 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26531 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26532 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26533 as a result in this case.)
26535 @item plain(x)
26536 @ignore
26537 @starindex
26538 @end ignore
26539 @tindex plain
26540 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26541 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26542 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26543 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26544 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26545 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26546 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26547 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26549 @item opt(x,def)
26550 @ignore
26551 @starindex
26552 @end ignore
26553 @tindex opt
26554 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26555 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26556 the argument or element is optional.
26557 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26558 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26559 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26560 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26561 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26562 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26564 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26565 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26566 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26567 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26568 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26569 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26570 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26571 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26572 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26574 @item condition(x,c)
26575 @ignore
26576 @starindex
26577 @end ignore
26578 @tindex condition
26579 @tindex ::
26580 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26581 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26583 @item pand(x,y)
26584 @ignore
26585 @starindex
26586 @end ignore
26587 @tindex pand
26588 @tindex &&&
26589 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26590 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26591 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26593 @item por(x,y)
26594 @ignore
26595 @starindex
26596 @end ignore
26597 @tindex por
26598 @tindex |||
26599 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26600 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26602 @item pnot(x)
26603 @ignore
26604 @starindex
26605 @end ignore
26606 @tindex pnot
26607 @tindex !!!
26608 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26609 It is the same as @samp{!!! x}.
26611 @item cons(h,t)
26612 @ignore
26613 @mindex cons
26614 @end ignore
26615 @tindex cons (rewrites)
26616 This matches any vector of one or more elements.  The first
26617 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26618 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26619 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26620 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26621 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26623 @item rcons(t,h)
26624 @ignore
26625 @mindex rcons
26626 @end ignore
26627 @tindex rcons (rewrites)
26628 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26629 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26630 to @expr{t}.
26632 @item apply(f,args)
26633 @ignore
26634 @mindex apply
26635 @end ignore
26636 @tindex apply (rewrites)
26637 This matches any function call.  The name of the function, in
26638 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26639 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26640 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26641 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26642 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26643 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26644 matches any function call with exactly two arguments, and
26645 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26646 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26647 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26648 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26649 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26650 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26652 @example
26653 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26654    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26655 @end example
26657 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26658 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26659 the rules of a rule set according to top-level function name;
26660 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26661 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26662 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26663 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26665 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26666 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26667 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26669 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26670 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26671 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26672 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26673 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26674 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26675 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26676 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26677 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26678 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26680 @item select(x)
26681 @ignore
26682 @starindex
26683 @end ignore
26684 @tindex select
26685 This is used for applying rules to formulas with selections;
26686 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26687 @end table
26689 Special functions for the righthand sides of rules are:
26691 @table @samp
26692 @item quote(x)
26693 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26694 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26695 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26696 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26697 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26698 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26699 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26700 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26701 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26702 protecting rules from evaluation.)
26704 @item plain(x)
26705 Special properties of and simplifications for the function call
26706 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26707 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26708 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26709 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26710 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26711 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26713 @item cons(h,t)
26714 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26715 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26716 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26717 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26718 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26719 have been turned off.
26721 @item rcons(t,h)
26722 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26723 the vector @expr{t}.
26725 @item apply(f,args)
26726 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26727 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26728 is also a regular Calc function.
26730 @item eval(x)
26731 @ignore
26732 @starindex
26733 @end ignore
26734 @tindex eval
26735 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26736 default simplifications are applied to it even if they have
26737 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26738 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26739 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26740 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26741 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26743 @item evalsimp(x)
26744 @ignore
26745 @starindex
26746 @end ignore
26747 @tindex evalsimp
26748 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26749 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26751 @item evalextsimp(x)
26752 @ignore
26753 @starindex
26754 @end ignore
26755 @tindex evalextsimp
26756 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26757 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26759 @item select(x)
26760 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26761 @end table
26763 There are also some special functions you can use in conditions.
26765 @table @samp
26766 @item let(v := x)
26767 @ignore
26768 @starindex
26769 @end ignore
26770 @tindex let
26771 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26772 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26773 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26774 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26775 of simplification.  The
26776 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26777 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26778 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26779 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26780 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26781 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26782 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26783 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26784 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26785 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26786 an @samp{||} term or otherwise buried.
26788 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26789 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26790 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26791 in the main part of a rewrite rule.
26793 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26794 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26795 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26796 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26797 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26798 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26799 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26800 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26801 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26802 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26803 be bound to @code{ia}.
26805 Here's another example, for integrating cosines of linear
26806 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26807 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26808 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26809 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26810 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26811 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26812 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26813 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26814 rearrangement of the argument of the sine.)
26816 @ignore
26817 @starindex
26818 @end ignore
26819 @tindex ierf
26820 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26821 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26822 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26823 where the first number is the desired solution.  If no solution
26824 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26825 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26827 @example
26828 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26829 @end example
26831 @item matches(v,p)
26832 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26833 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26834 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26835 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26836 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26837 extra feature that meta-variables which are bound to things
26838 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26839 rule.
26841 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26842 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26843 the default simplifications, while the latter does not.
26845 @item remember
26846 @vindex remember
26847 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26848 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26849 the original expression and rewritten expression are added to the
26850 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26851 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26852 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26853 contains any variables.
26855 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26856 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26857 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26858 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26859 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26860 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26862 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26863 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26864 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26865 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26866 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26867 be added to the rule set and will continue to operate even if
26868 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26870 @item remember(c)
26871 @ignore
26872 @starindex
26873 @end ignore
26874 @tindex remember
26875 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26876 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26877 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26878 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26879 @end table
26881 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26882 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26884 @noindent
26885 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26886 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26887 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26888 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26889 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26891 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26892 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26893 the context of rewrite rule patterns.
26895 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26896 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26897 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26898 here is a rule that operates on error forms:
26900 @example
26901 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26902 @end example
26904 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26906 @example
26907 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26908 @end example
26910 @ignore
26911 @starindex
26912 @end ignore
26913 @tindex ends
26914 Here's another interesting example:
26916 @example
26917 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26918 @end example
26920 @noindent
26921 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26922 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26923 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26925 @example
26926 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26927 @end example
26929 @noindent
26930 would do the same thing except that it would fail to match a
26931 one-element vector.
26933 @tex
26934 \bigskip
26935 @end tex
26937 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26938 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26939 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26941 @ignore
26942 @starindex
26943 @end ignore
26944 @tindex curve
26945 A simple example of @samp{|||} is
26947 @example
26948 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26949 @end example
26951 @noindent
26952 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26954 Here is a larger example:
26956 @example
26957 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26958 @end example
26960 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26961 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26962 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26964 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26965 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26967 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26968 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26969 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26970 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26971 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26972 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26973 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26974 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26976 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26977 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26978 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26979 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26981 @example
26982 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26983 @end example
26985 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26986 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26988 @tex
26989 \bigskip
26990 @end tex
26992 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26993 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26994 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26996 For example,
26998 @example
26999 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
27000 @end example
27002 @noindent
27003 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
27004 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
27005 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
27007 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
27008 then an equivalent rule would be:
27010 @example
27011 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
27012 @end example
27014 @noindent
27015 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
27016 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
27017 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
27018 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
27019 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
27020 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
27021 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
27023 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
27024 elsewhere in the pattern.  For example,
27026 @example
27027 f(a, !!!a)  :=  g(a)
27028 @end example
27030 @noindent
27031 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
27032 this to @code{g} with only the first argument.
27034 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
27035 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
27036 matched last.  Thus
27038 @example
27039 f(!!!a, a)  :=  g(a)
27040 @end example
27042 @noindent
27043 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
27044 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
27045 first argument of @code{f} first, the results would have been
27046 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
27047 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
27048 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
27050 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
27051 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
27053 @noindent
27054 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
27055 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
27056 to any part of the expression, starting with the whole expression
27057 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
27058 For each part of the expression, the rules are tried in the order
27059 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
27060 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
27061 to the @var{new} part of the rule.
27063 Often, the rule set will match and change the formula several times.
27064 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
27065 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
27066 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
27067 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
27068 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
27069 to match).  This continues until no further matches can be made
27070 anywhere in the formula.
27072 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
27073 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
27074 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
27075 side actually comes out to something different than the original
27076 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
27077 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
27078 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
27079 run forever switching a formula back and forth between the two
27080 forms.
27082 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
27083 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
27084 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
27085 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
27086 halt any Emacs command prematurely.)
27088 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
27089 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
27090 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
27091 rewriting is not what is called for by your application).
27093 @ignore
27094 @starindex
27095 @end ignore
27096 @ignore
27097 @mindex iter@idots
27098 @end ignore
27099 @tindex iterations
27100 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
27101 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
27102 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
27103 number of iterations for this rule set.  You can use
27104 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
27105 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
27106 rule set.
27108 @example
27109 [ iterations(1),
27110   f(x) := f(x+1) ]
27111 @end example
27113 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
27114 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
27115 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
27116 default simplifications, is different from the original sub-formula
27117 that was matched.
27119 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
27121 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
27122 substitute the top-level expression up to that many times, but
27123 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
27125 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
27126 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
27127 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
27128 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
27129 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
27130 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
27131 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
27132 are omitted, 100 is used.
27134 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27135 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
27137 @noindent
27138 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
27139 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
27140 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
27141 phases occur during the rewriting process.
27143 @ignore
27144 @starindex
27145 @end ignore
27146 @tindex phase
27147 @vindex all
27148 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
27149 vector in place of a rule, all rules following that point will be
27150 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
27151 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
27152 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
27153 this is the default at the start of the rule set.
27155 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
27156 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
27157 ascending order.  For example, the rule set
27159 @example
27160 @group
27161 [ f0(x) := g0(x),
27162   phase(1),
27163   f1(x) := g1(x),
27164   phase(2),
27165   f2(x) := g2(x),
27166   phase(3),
27167   f3(x) := g3(x),
27168   phase(1,2),
27169   f4(x) := g4(x) ]
27170 @end group
27171 @end example
27173 @noindent
27174 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
27175 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
27176 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
27177 and @code{f3}.
27179 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
27180 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
27181 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
27182 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
27183 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
27184 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
27185 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
27186 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
27187 100 by default, is reached.)
27189 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
27190 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
27191 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
27192 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
27193 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
27194 in the formula.
27196 @ignore
27197 @starindex
27198 @end ignore
27199 @tindex schedule
27200 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27201 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27202 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27203 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27204 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27205 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27206 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27207 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27208 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27209 moving on to phase 3.
27211 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27212 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27213 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27214 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27215 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27216 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27217 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27218 touches.
27220 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27221 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27222 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27223 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27224 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27225 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27226 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27228 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27229 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27230 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27231 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27232 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27233 spend any time on them while it works on phase 2.
27235 There are also some problems that can only be solved with several
27236 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27237 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27238 command to convert a model expression to linear form.
27239 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27240 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27241 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27242 linear components have been picked out, the final phase includes the
27243 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27244 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27245 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27247 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27248 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27249 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27250 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27251 rules were finished, some components might be put away into vectors
27252 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27253 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27255 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27256 @subsection Selections with Rewrite Rules
27258 @noindent
27259 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27260 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27261 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27262 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27263 specific part of a formula without affecting any other parts.
27265 @kindex j r
27266 @pindex calc-rewrite-selection
27267 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27268 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27269 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27270 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27271 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27272 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27273 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27274 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27276 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27277 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27278 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27279 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27280 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27281 the selected sub-formula should appear.
27283 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27284 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27285 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27286 formula will be unselected.
27288 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27289 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27290 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27291 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27292 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27293 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27294 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27295 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27297 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27298 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27299 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27300 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27302 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27303 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27304 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27305 at stack level 1.)
27307 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27308 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27309 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27310 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27311 target and the rewrite rules).
27313 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27314 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27315 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27316 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27317 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27318 to apply anywhere in the formula.
27320 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27321 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27322 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27323 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27324 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27325 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27326 both with and without selections.
27328 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27329 @subsection Matching Commands
27331 @noindent
27332 @kindex a m
27333 @pindex calc-match
27334 @tindex match
27335 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27336 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27337 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27338 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27339 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27340 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27341 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27342 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27343 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27344 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27345 of the patterns.
27347 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27348 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27350 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27352 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27353 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27354 all the positive vector elements.
27356 @kindex I a m
27357 @tindex matchnot
27358 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27359 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27361 @ignore
27362 @starindex
27363 @end ignore
27364 @tindex matches
27365 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27366 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27367 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27368 conditional clauses of other rewrite rules.
27370 @ignore
27371 @starindex
27372 @end ignore
27373 @tindex vmatches
27374 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27375 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27376 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27377 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27378 If the match fails, the function returns the number 0.
27380 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27381 @subsection Automatic Rewrites
27383 @noindent
27384 @cindex @code{EvalRules} variable
27385 @vindex EvalRules
27386 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27387 results, effectively adding to the built-in set of default
27388 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27389 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27390 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27392 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27393 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27394 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27395 set would be,
27397 @smallexample
27398 @group
27399 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27400   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27401 @end group
27402 @end smallexample
27404 To apply these manually, you could put them in a variable called
27405 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27406 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27407 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27408 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27409 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27410 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27412 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27413 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27414 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27415 Note that this is different from the usual order of application of
27416 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27417 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27418 applies rules from the top down.
27420 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27421 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27423 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27424 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27425 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27426 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27427 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27428 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27429 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27430 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27431 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27432 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27433 or ran too long'' message.
27435 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27436 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27437 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27438 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27439 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27440 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27441 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27442 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27443 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27444 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27445 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27446 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27447 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27449 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27450 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27451 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27452 the default simplifications to simplify the result and compares again
27453 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27454 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27455 same rules will come back into play when the default simplifications
27456 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27457 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27458 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27459 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27460 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27461 the rewrite mechanism itself.)
27463 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27464 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27465 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27466 The rules are always repeated as many times as possible.
27468 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27469 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27470 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27471 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27472 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27473 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27474 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27475 will not work as part of @code{EvalRules}.
27477 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27478 functions directly rather than going through the default simplifications.
27479 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27480 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27481 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27482 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27483 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27484 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27485 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27486 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27487 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27488 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27489 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27490 evaluated exactly to 5.)
27492 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27493 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27494 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27495 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27496 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27497 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27498 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27499 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27500 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27501 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27502 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27503 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27504 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27506 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27507 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27509 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27510 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27511 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27512 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27513 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27514 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27515 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27517 @smallexample
27518 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27519 @end smallexample
27521 @noindent
27522 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27523 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27524 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27525 @emph{every} function call that is simplified.
27527 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27528 @vindex AlgSimpRules
27529 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27530 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27531 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27532 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27533 well as all of its built-in simplifications.
27535 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27536 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27537 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27538 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27539 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27540 default simplifications) until no further changes are possible.
27542 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27543 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27544 @vindex ExtSimpRules
27545 @vindex UnitSimpRules
27546 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27547 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27548 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27549 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27550 only during integration by @kbd{a i}.
27552 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27553 @subsection Debugging Rewrites
27555 @noindent
27556 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27557 record some useful information there as it operates.  The original
27558 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27559 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27560 noted.
27562 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27563 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27565 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27566 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27567 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27568 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27569 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27570 be needlessly slow.
27572 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27573 @subsection Examples of Rewrite Rules
27575 @noindent
27576 Returning to the example of substituting the pattern
27577 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27578 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27579 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27580 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27581 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27582 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27584 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27585 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27586 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27587 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27588 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27589 ignored by the regular @kbd{a r} command
27590 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27592 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27593 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27594 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27595 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27596 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27597 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27598 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27599 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27601 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27602 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27603 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27604 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27605 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27606 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27607 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27608 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27609 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27610 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27612 @cindex Quaternions
27613 The following rule set, contributed by 
27614 @texline Fran\c cois
27615 @infoline Francois
27616 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27617 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27618 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27619 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27620 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27621 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27622 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27623 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27624 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27625 @key{RET}}.
27627 @smallexample
27628 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27629   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27630   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27631   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27632   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27633   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27634   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27635   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27636   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27637      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27638   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27639   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27640   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27641   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27642   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27643                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27644   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27645                :: integer(k) :: k > 2,
27646   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27647 @end smallexample
27649 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27650 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27651 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27652 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27653 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27654 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27655 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27657 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27658 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27659 results in the four-argument form, just append the two items
27660 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27661 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27662 in @code{EvalRules}.)
27664 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27665 @chapter Operating on Units
27667 @noindent
27668 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27669 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27670 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27671 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27672 begin with the @kbd{u} prefix key.
27674 @menu
27675 * Basic Operations on Units::
27676 * The Units Table::
27677 * Predefined Units::
27678 * User-Defined Units::
27679 @end menu
27681 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27682 @section Basic Operations on Units
27684 @noindent
27685 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27686 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27687 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27688 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27689 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27690 where the command applies to all units expressions which appear in the
27691 formula.
27693 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27694 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27695 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27696 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27697 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27698 @pxref{User-Defined Units}.
27700 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27701 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27702 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27703 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27704 representation of one millimeter.
27706 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27707 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27708 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27710 @kindex u s
27711 @pindex calc-simplify-units
27712 @ignore
27713 @mindex usimpl@idots
27714 @end ignore
27715 @tindex usimplify
27716 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27717 simplifies a units
27718 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27719 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27720 features that can be further simplified by converting one object's units
27721 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27722 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27723 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27724 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27725 automatically at all times.
27727 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27728 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27729 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27730 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27731 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27732 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27733 applied to units expressions, in which case
27734 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27735 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27736 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27738 @kindex u c
27739 @pindex calc-convert-units
27740 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27741 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27742 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27743 @samp{24.5872 m/s}.  If you have previously converted a units expression
27744 with the same type of units (in this case, distance over time), you will
27745 be offered the previous choice of new units as a default.  Continuing
27746 the above example, entering the units expression @samp{100 km/hr} and
27747 typing @kbd{u c @key{RET}} (without specifying new units) produces
27748 @samp{27.7777777778 m/s}.
27750 While many of Calc's conversion factors are exact, some are necessarily
27751 approximate.  If Calc is in fraction mode (@pxref{Fraction Mode}), then
27752 unit conversions will try to give exact, rational conversions, but it
27753 isn't always possible.  Given @samp{55 mph} in fraction mode, typing 
27754 @kbd{u c m/s @key{RET}} produces  @samp{15367:625 m/s}, for example, 
27755 while typing @kbd{u c au/yr @key{RET}} produces 
27756 @samp{5.18665819999e-3 au/yr}.
27758 If the units you request are inconsistent with the original units, the
27759 number will be converted into your units times whatever ``remainder''
27760 units are left over.  For example, converting @samp{55 mph} into acres
27761 produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.  (Recall that multiplication binds
27762 more strongly than division in Calc formulas, so the units here are
27763 acres per meter-second.)  Remainder units are expressed in terms of
27764 ``fundamental'' units like @samp{m} and @samp{s}, regardless of the
27765 input units.
27767 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27768 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27769 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27770 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27771 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27772 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27773 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27774 changed to the base unit @samp{m}.
27776 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27777 to gain more control over the units of the result of an expression.
27778 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27779 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27780 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27781 in fathoms, if you preferred!)
27783 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27784 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27785 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27786 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27787 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27788 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27789 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27791 @cindex Composite units
27792 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27793 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27794 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27795 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27796 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27797 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27798 using an integer number times the largest unit, then moves on
27799 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27800 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27801 standard unit names exist for common combinations, such as
27802 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27803 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27804 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27806 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27807 prompt first for the old units which this value should be considered
27808 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27809 give are consistent with each other, the result also will not contain
27810 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}}
27811 converts the number 2 on the stack to 5.08.
27813 @kindex u b
27814 @pindex calc-base-units
27815 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27816 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27817 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27818 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27820 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27821 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27822 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27823 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27825 @kindex u t
27826 @pindex calc-convert-temperature
27827 @cindex Temperature conversion
27828 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27829 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27830 expression with units of temperature only.  This command would convert
27831 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27832 Fahrenheit scale.
27834 @kindex u r
27835 @pindex calc-remove-units
27836 @kindex u x
27837 @pindex calc-extract-units
27838 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27839 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27840 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27841 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27842 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27843 constant 1, then resimplify the formula.
27845 @kindex u a
27846 @pindex calc-autorange-units
27847 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27848 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27849 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27850 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27851 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27852 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27853 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27854 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27855 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27857 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27858 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27859 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27860 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27861 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27862 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27863 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27864 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27865 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27866 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27867 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27868 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27869 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27870 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27871 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27872 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27874 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27875 @section The Units Table
27877 @noindent
27878 @kindex u v
27879 @pindex calc-enter-units-table
27880 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27881 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27882 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27883 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27884 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27885 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27886 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27887 and steradians.
27889 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27890 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27891 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27892 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27893 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27894 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27896 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27897 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27898 argument to @kbd{u v}.
27900 @kindex u V
27901 @pindex calc-view-units-table
27902 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27903 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27904 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27905 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27906 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27907 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27908 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27910 @kindex u g
27911 @pindex calc-get-unit-definition
27912 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27913 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27914 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27915 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27916 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27917 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27918 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27919 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27920 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27922 @kindex u e
27923 @pindex calc-explain-units
27924 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27925 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27926 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27927 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27928 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27929 column of the Units Table.
27931 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27932 @section Predefined Units
27934 @noindent
27935 The definitions of many units have changed over the years.  For example,
27936 the meter was originally defined in 1791 as one ten-millionth of the
27937 distance from the equator to the north pole.  In order to be more
27938 precise, the definition was adjusted several times, and now a meter is
27939 defined as the distance that light will travel in a vacuum in
27940 1/299792458 of a second; consequently, the speed of light in a
27941 vacuum is exactly 299792458 m/s.  Many other units have been
27942 redefined in terms of fundamental physical processes; a second, for
27943 example, is currently defined as 9192631770 periods of a certain
27944 radiation related to the cesium-133 atom.  The only SI unit that is not
27945 based on a fundamental physical process (although there are efforts to
27946 change this) is the kilogram, which was originally defined as the mass
27947 of one liter of water, but is now defined as the mass of the
27948 International Prototype Kilogram (IPK), a cylinder of platinum-iridium
27949 kept at the Bureau International des Poids et Mesures in S@`evres,
27950 France.  (There are several copies of the IPK throughout the world.)
27951 The British imperial units, once defined in terms of physical objects,
27952 were redefined in 1963 in terms of SI units.  The US customary units,
27953 which were the same as British units until the British imperial system
27954 was created in 1824, were also defined in terms of the SI units in 1893.
27955 Because of these redefinitions, conversions between metric, British
27956 Imperial, and US customary units can often be done precisely.
27958 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27959 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27960 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27961 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27962 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27963 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27964 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27965 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27967 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27968 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27969 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27970 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27971 of the various temperature scales.
27973 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27974 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27976 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27977 @tex
27978 for \AA ngstroms.
27979 @end tex
27980 @ifnottex
27981 for Angstroms.
27982 @end ifnottex
27984 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27985 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27986 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27987 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27988 largely due to its use by the PostScript page description language.
27989 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27990 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27991 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27992 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27993 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27994 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27995 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27997 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27998 because algebra command could mistake this for the special constant
27999 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
28000 preferable to @code{e}.
28002 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
28003 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
28004 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
28006 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
28007 a metric ton of @samp{1000 kg}.
28009 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
28010 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
28012 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
28013 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
28014 constant.  You can use these just like other units: converting
28015 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
28016 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
28017 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
28018 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
28019 units.
28021 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
28022 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
28023 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
28024 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
28025 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
28026 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
28027 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
28028 really is unitless.)
28030 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
28032 @node User-Defined Units,  , Predefined Units, Units
28033 @section User-Defined Units
28035 @noindent
28036 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
28037 units, as well as ways to define your own new units.
28039 @kindex u 0-9
28040 @pindex calc-quick-units
28041 @vindex Units
28042 @cindex @code{Units} variable
28043 @cindex Quick units
28044 To select your favorite units, store a vector of unit names or
28045 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
28046 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
28047 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
28048 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
28049 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
28050 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
28051 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
28052 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
28053 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
28054 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
28055 to @samp{2.5 ft}.
28057 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
28058 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
28059 variable has no stored value (the default), or if its value is not
28060 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
28061 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
28062 variable; @pxref{Operations on Variables}.
28064 @kindex u d
28065 @pindex calc-define-unit
28066 @cindex User-defined units
28067 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
28068 expression on the top of the stack as the definition for a new,
28069 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
28070 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
28071 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
28072 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
28073 prompted for an optional English description of the unit, which will
28074 appear in the Units Table.  If you wish the definition of this unit to
28075 be displayed in a special way in the Units Table buffer (such as with an
28076 asterisk to indicate an approximate value), then you can call this
28077 command with an argument, @kbd{C-u u d}; you will then also be prompted
28078 for a string that will be used to display the definition.
28080 @kindex u u
28081 @pindex calc-undefine-unit
28082 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
28083 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
28084 however.
28086 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
28087 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
28088 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
28089 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
28090 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
28092 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
28093 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
28094 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
28095 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
28096 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
28097 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
28098 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
28099 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
28100 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
28102 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
28103 possible to create user-defined temperature units.
28105 @kindex u p
28106 @pindex calc-permanent-units
28107 @cindex Calc init file, user-defined units
28108 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
28109 units in your Calc init file (the file given by the variable
28110 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
28111 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
28112 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
28113 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
28114 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
28116 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
28117 @chapter Storing and Recalling
28119 @noindent
28120 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
28121 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
28122 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
28123 to variables use the @kbd{s} prefix key.
28125 @menu
28126 * Storing Variables::
28127 * Recalling Variables::
28128 * Operations on Variables::
28129 * Let Command::
28130 * Evaluates-To Operator::
28131 @end menu
28133 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
28134 @section Storing Variables
28136 @noindent
28137 @kindex s s
28138 @pindex calc-store
28139 @cindex Storing variables
28140 @cindex Quick variables
28141 @vindex q0
28142 @vindex q9
28143 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
28144 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
28145 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
28146 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
28147 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
28149 @kindex s t
28150 @pindex calc-store-into
28151 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
28152 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
28153 value from the stack and stores it in a variable.
28155 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
28156 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
28157 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
28158 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
28159 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
28160 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
28161 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
28162 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
28164 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
28165 assignments with different variables on their lefthand sides; the
28166 default will be to store all the variables with their corresponding
28167 righthand sides simultaneously.
28169 It is also possible to type an equation or assignment directly at
28170 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
28171 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
28172 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
28173 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
28174 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
28176 @kindex s 0-9
28177 @kindex t 0-9
28178 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
28179 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
28180 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
28181 for trail and time/date commands.)
28183 @kindex s +
28184 @kindex s -
28185 @ignore
28186 @mindex @idots
28187 @end ignore
28188 @kindex s *
28189 @ignore
28190 @mindex @null
28191 @end ignore
28192 @kindex s /
28193 @ignore
28194 @mindex @null
28195 @end ignore
28196 @kindex s ^
28197 @ignore
28198 @mindex @null
28199 @end ignore
28200 @kindex s |
28201 @ignore
28202 @mindex @null
28203 @end ignore
28204 @kindex s n
28205 @ignore
28206 @mindex @null
28207 @end ignore
28208 @kindex s &
28209 @ignore
28210 @mindex @null
28211 @end ignore
28212 @kindex s [
28213 @ignore
28214 @mindex @null
28215 @end ignore
28216 @kindex s ]
28217 @pindex calc-store-plus
28218 @pindex calc-store-minus
28219 @pindex calc-store-times
28220 @pindex calc-store-div
28221 @pindex calc-store-power
28222 @pindex calc-store-concat
28223 @pindex calc-store-neg
28224 @pindex calc-store-inv
28225 @pindex calc-store-decr
28226 @pindex calc-store-incr
28227 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28228 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28229 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28230 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28231 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28232 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28234 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28235 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28236 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28237 @w{@kbd{s -}} assigns 
28238 @texline @math{v \coloneq v - a},
28239 @infoline @expr{v := v - a}, 
28240 but @kbd{I s -} assigns
28241 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28242 @infoline @expr{v := a - v}.  
28243 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28244 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28245 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28246 forwards and backwards:
28248 @example
28249 @group
28250 s +        v := v + a          v := a + v
28251 s -        v := v - a          v := a - v
28252 s *        v := v * a          v := a * v
28253 s /        v := v / a          v := a / v
28254 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28255 s |        v := v | a          v := a | v
28256 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28257 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28258 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28259 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28260 @end group
28261 @end example
28263 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28264 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28265 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28266 minus-two minus the variable.
28268 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28269 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28270 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28272 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28273 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28274 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28275 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28276 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28277 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28278 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28280 @kindex s m
28281 @pindex calc-store-map
28282 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28283 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28284 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28285 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28286 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28287 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28288 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28289 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28290 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28291 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28292 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28294 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28295 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28296 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28297 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28298 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28299 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28300 equivalent to @kbd{I s -}.
28302 @kindex s x
28303 @pindex calc-store-exchange
28304 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28305 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28306 variable must already have a stored value for this to work.
28308 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28309 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28310 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28312 @kindex s u
28313 @pindex calc-unstore
28314 @cindex Void variables
28315 @cindex Un-storing variables
28316 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28317 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28318 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28319 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28320 void state.
28322 @kindex s c
28323 @pindex calc-copy-variable
28324 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28325 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28326 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28327 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28328 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28329 current precision.
28331 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28332 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28333 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28334 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28335 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28336 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28337 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28338 normally void).
28340 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28341 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28342 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28343 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28344 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28345 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28346 @kbd{s c}.
28348 @kindex s k
28349 @pindex calc-copy-special-constant
28350 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28351 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
28352 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28353 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28354 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28355 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28356 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28357 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28358 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28359 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28361 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28362 @section Recalling Variables
28364 @noindent
28365 @kindex s r
28366 @pindex calc-recall
28367 @cindex Recalling variables
28368 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28369 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28370 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28371 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28372 an error to try to recall a void variable.
28374 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28375 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28376 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28377 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28378 latter will produce an error message.
28380 @kindex r 0-9
28381 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28382 equivalent to @kbd{s r 9}.
28384 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28385 @section Other Operations on Variables
28387 @noindent
28388 @kindex s e
28389 @pindex calc-edit-variable
28390 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28391 value of a variable without ever putting that value on the stack
28392 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28393 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28394 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28395 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28396 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28397 description of editing.
28399 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28400 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28401 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28402 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28403 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28404 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28405 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28406 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28407 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28408 as a side effect of putting the value on the stack.
28410 @kindex s A
28411 @kindex s D
28412 @ignore
28413 @mindex @idots
28414 @end ignore
28415 @kindex s E
28416 @ignore
28417 @mindex @null
28418 @end ignore
28419 @kindex s F
28420 @ignore
28421 @mindex @null
28422 @end ignore
28423 @kindex s G
28424 @ignore
28425 @mindex @null
28426 @end ignore
28427 @kindex s H
28428 @ignore
28429 @mindex @null
28430 @end ignore
28431 @kindex s I
28432 @ignore
28433 @mindex @null
28434 @end ignore
28435 @kindex s L
28436 @ignore
28437 @mindex @null
28438 @end ignore
28439 @kindex s P
28440 @ignore
28441 @mindex @null
28442 @end ignore
28443 @kindex s R
28444 @ignore
28445 @mindex @null
28446 @end ignore
28447 @kindex s T
28448 @ignore
28449 @mindex @null
28450 @end ignore
28451 @kindex s U
28452 @ignore
28453 @mindex @null
28454 @end ignore
28455 @kindex s X
28456 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28457 @pindex calc-store-Decls
28458 @pindex calc-store-EvalRules
28459 @pindex calc-store-FitRules
28460 @pindex calc-store-GenCount
28461 @pindex calc-store-Holidays
28462 @pindex calc-store-IntegLimit
28463 @pindex calc-store-LineStyles
28464 @pindex calc-store-PointStyles
28465 @pindex calc-store-PlotRejects
28466 @pindex calc-store-TimeZone
28467 @pindex calc-store-Units
28468 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28469 There are several special-purpose variable-editing commands that
28470 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28472 @table @kbd
28473 @item s A
28474 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28475 @item s D
28476 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28477 @item s E
28478 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28479 @item s F
28480 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28481 @item s G
28482 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28483 @item s H
28484 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28485 @item s I
28486 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28487 @item s L
28488 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28489 @item s P
28490 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28491 @item s R
28492 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28493 @item s T
28494 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28495 @item s U
28496 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28497 @item s X
28498 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28499 @end table
28501 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28502 names rather than prompting for the variable name.
28504 @kindex s p
28505 @pindex calc-permanent-variable
28506 @cindex Storing variables
28507 @cindex Permanent variables
28508 @cindex Calc init file, variables
28509 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28510 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28511 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28512 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28513 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28514 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28515 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28516 use a different file for the Calc init file.)
28518 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28519 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28520 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28521 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28522 and @code{PlotRejects};
28523 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28524 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28525 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28526 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28528 @kindex s i
28529 @pindex calc-insert-variables
28530 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28531 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28532 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28533 Lisp @code{setq} commands 
28534 which store the values in string form.  You can place these commands
28535 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28536 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28537 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28538 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28539 stores in a more human-readable format.)
28541 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28542 @section The Let Command
28544 @noindent
28545 @kindex s l
28546 @pindex calc-let
28547 @cindex Variables, temporary assignment
28548 @cindex Temporary assignment to variables
28549 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28550 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28551 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28552 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28554 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28555 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28556 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28557 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28558 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28559 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28560 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28561 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28562 by these commands.
28564 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28565 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28566 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28568 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28569 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28570 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28572 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28573 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28574 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28575 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28576 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28577 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28579 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28580 @section The Evaluates-To Operator
28582 @noindent
28583 @tindex evalto
28584 @tindex =>
28585 @cindex Evaluates-to operator
28586 @cindex @samp{=>} operator
28587 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28588 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28589 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28590 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28591 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28593 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28594 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28595 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28596 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28597 command according to all current modes and stored variable values,
28598 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28600 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28601 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28602 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28604 @kindex s =
28605 @pindex calc-evalto
28606 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28607 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28608 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28609 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28610 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28612 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28613 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28614 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28615 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28616 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28617 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28618 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28619 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28620 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28621 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28622 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28623 make a concise display of all the variables in your problem.
28624 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28625 which provides a slightly different format of display.  You
28626 can use whichever you find easiest to read.)
28628 @kindex m C
28629 @pindex calc-auto-recompute
28630 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28631 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28632 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28633 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28634 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28635 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28636 before you look at the @samp{=>} entries again.
28638 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28639 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28640 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28641 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28642 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28643 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28644 @kbd{j u} to unselect.
28646 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28647 including the current simplification mode.  Recall that the
28648 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28649 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28650 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28651 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28652 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28653 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28654 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28655 Algebraic Simplification mode, the result will be
28656 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28657 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28658 because the righthand side depends only on the lefthand side
28659 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28660 affected by commands like @kbd{a s}.
28662 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28663 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28664 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28665 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28666 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28667 side will temporarily show this value for the variable.  In
28668 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28669 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28670 that the next command that causes Calc to look at those stack
28671 entries will make them revert to the old variable value.
28673 @smallexample
28674 @group
28675 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28676 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28677     .                      .                   .
28679                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28680 @end group
28681 @end smallexample
28683 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28684 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28685 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28686 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28687 operators on the stack to be recomputed without any other
28688 side effects.
28690 @kindex s :
28691 @pindex calc-assign
28692 @tindex assign
28693 @tindex :=
28694 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28695 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28696 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28697 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28698 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28699 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28700 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28701 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28702 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28704 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28705 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28706 treatment to @samp{=>}.
28708 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28709 @chapter Graphics
28711 @noindent
28712 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28713 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28714 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28715 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28716 However, it is free software.   It can be obtained from
28717 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28719 @vindex calc-gnuplot-name
28720 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28721 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable in
28722 your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some
28723 Lisp variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28724 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are using
28725 the X window system or MS-Windows, Calc will configure GNUPLOT for you
28726 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are using a
28727 Unix or GNU system without X, Calc will configure GNUPLOT to display
28728 graphs using simple character graphics that will work on any
28729 Posix-compatible terminal.
28731 @menu
28732 * Basic Graphics::
28733 * Three Dimensional Graphics::
28734 * Managing Curves::
28735 * Graphics Options::
28736 * Devices::
28737 @end menu
28739 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28740 @section Basic Graphics
28742 @noindent
28743 @kindex g f
28744 @pindex calc-graph-fast
28745 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28746 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28747 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28748 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28749 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28750 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28751 commands) and displays the set of data points.  The points will
28752 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28753 to indicate the points themselves.
28755 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28756 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28757 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28759 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28760 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28761 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28763 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28764 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28765 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28766 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28767 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28768 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28769 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28770 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28771 or an interval if ``y'' is a formula.)
28773 @ignore
28774 @starindex
28775 @end ignore
28776 @tindex xy
28777 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28778 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28779 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28780 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28781 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28782 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28783 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28784 will be a circle.
28786 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28787 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28788 variables.
28790 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28791 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28792 be real numbers (integers, fractions, or floats).  One exception to this
28793 is that the ``y'' entry can consist of a vector of numbers combined with
28794 error forms, in which case the points will be plotted with the
28795 appropriate error bars.  Other than this, if either the ``x''
28796 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28797 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28798 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28800 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28801 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28803 @cindex @code{PlotRejects} variable
28804 @vindex PlotRejects
28805 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28806 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28807 this vector for every data point which was rejected because its
28808 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28809 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28810 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28811 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28812 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28813 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28814 @code{PlotRejects}.
28816 @kindex g c
28817 @pindex calc-graph-clear
28818 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28819 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28820 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28821 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28822 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28823 window if there is one.
28825 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28826 @section Three-Dimensional Graphics
28828 @kindex g F
28829 @pindex calc-graph-fast-3d
28830 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28831 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28832 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28834 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28835 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28836 are several options for these values.
28838 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28839 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28840 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28841 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28842 result is a surface plot where 
28843 @texline @math{z_{ij}}
28844 @infoline @expr{z_ij} 
28845 is the height of the point
28846 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28847 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28848 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28849 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28850 description of the @samp{set view} command.
28852 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28853 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28855 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28856 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28857 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28858 of values from the input vectors.
28860 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28861 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28862 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28863 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28864 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28865 3D surface.
28867 @ignore
28868 @starindex
28869 @end ignore
28870 @tindex xyz
28871 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28872 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28873 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28874 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28875 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28876 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28877 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28878 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28879 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28880 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28881 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28882 vectors with more than 5 elements.
28884 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28885 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28886 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28887 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28888 helix (a three-dimensional spiral).
28890 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28891 variables containing the relevant data.
28893 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28894 @section Managing Curves
28896 @noindent
28897 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28898 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28899 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28900 by using these commands directly.
28902 @kindex g a
28903 @pindex calc-graph-add
28904 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28905 represented by the two values on the top of the stack to the current
28906 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28907 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28908 on the same axes.
28910 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28911 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28912 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28913 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28914 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28915 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28916 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28917 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28918 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28919 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28920 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28921 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28922 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28924 @vindex PlotData1
28925 @vindex PlotData2
28926 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28927 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28928 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28929 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28930 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28931 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28932 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28933 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28935 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28936 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28937 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28938 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28939 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28940 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28942 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28943 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28944 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28946 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28947 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28948 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28949 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28950 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28951 they are to look nice on the same graph.)
28953 For example, to plot 
28954 @texline @math{\sin n x}
28955 @infoline @expr{sin(n x)} 
28956 for integers @expr{n}
28957 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28958 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28959 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28960 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28961 command.
28963 @kindex g A
28964 @pindex calc-graph-add-3d
28965 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28966 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28967 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28968 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28969 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28970 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28971 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28972 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28973 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28974 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28976 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28977 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28978 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28979 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28980 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28981 check for this.)
28983 @kindex g d
28984 @pindex calc-graph-delete
28985 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28986 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28987 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28988 it deletes all of the curves from the graph.
28990 @kindex g H
28991 @pindex calc-graph-hide
28992 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28993 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28994 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28995 point styles will be retained.
28997 @kindex g j
28998 @pindex calc-graph-juggle
28999 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
29000 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
29001 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
29002 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
29003 with any curve in the graph even though curve-related commands only
29004 affect the last curve in the list.
29006 @kindex g p
29007 @pindex calc-graph-plot
29008 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
29009 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
29010 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
29011 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
29012 command are written to a temporary data file and the variable names
29013 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
29014 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
29015 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
29016 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
29018 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
29019 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
29020 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
29021 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
29022 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
29023 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
29024 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
29026 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
29027 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
29028 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
29029 the data points it has computed and saved from previous plots of the
29030 function, and computes and inserts a new data point midway between
29031 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
29032 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
29034 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
29035 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
29036 the current graph is three-dimensional.
29038 @kindex g P
29039 @pindex calc-graph-print
29040 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
29041 except that it sends the output to a printer instead of to the
29042 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
29043 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
29044 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
29045 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
29046 uses a different set of default values.  All of these values are
29047 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
29048 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
29049 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
29050 always plot to the printer.
29052 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
29053 @section Graphics Options
29055 @noindent
29056 @kindex g g
29057 @pindex calc-graph-grid
29058 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
29059 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
29060 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
29061 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
29062 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
29063 of the change you must give another @kbd{g p} command.
29065 @kindex g b
29066 @pindex calc-graph-border
29067 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
29068 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
29069 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
29071 @kindex g k
29072 @pindex calc-graph-key
29073 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
29074 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
29075 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
29076 off by default, and is only really useful if you have several
29077 curves on the same graph.
29079 @kindex g N
29080 @pindex calc-graph-num-points
29081 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
29082 to select the number of data points in the graph.  This only affects
29083 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
29084 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
29085 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
29086 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
29087 a blank line, displays the default number of points used for all
29088 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
29089 With a negative prefix argument, this command changes or displays
29090 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
29091 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
29092 will be computed for the surface.
29094 Data values in the graph of a function are normally computed to a
29095 precision of five digits, regardless of the current precision at the
29096 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
29097 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
29098 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
29099 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
29100 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
29101 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
29102 there is no keystroke-based command to set the precision.
29104 @kindex g h
29105 @pindex calc-graph-header
29106 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
29107 for the graph.  This will show up centered above the graph.
29108 The default title is blank (no title).
29110 @kindex g n
29111 @pindex calc-graph-name
29112 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
29113 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
29114 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
29115 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
29116 the other curves you must first juggle them to the end of the list
29117 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
29118 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
29119 not used.
29121 @kindex g t
29122 @kindex g T
29123 @pindex calc-graph-title-x
29124 @pindex calc-graph-title-y
29125 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
29126 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
29127 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
29128 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
29129 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
29130 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
29131 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
29133 @kindex g r
29134 @kindex g R
29135 @pindex calc-graph-range-x
29136 @pindex calc-graph-range-y
29137 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
29138 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
29139 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
29140 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
29141 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
29142 default behavior of setting the range based on the range of values
29143 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
29144 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
29145 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
29147 @kindex g l
29148 @kindex g L
29149 @pindex calc-graph-log-x
29150 @pindex calc-graph-log-y
29151 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
29152 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
29153 be logarithmic instead of linear.
29155 @kindex g C-l
29156 @kindex g C-r
29157 @kindex g C-t
29158 @pindex calc-graph-log-z
29159 @pindex calc-graph-range-z
29160 @pindex calc-graph-title-z
29161 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
29162 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
29163 for the ``z'' axis.
29165 @kindex g z
29166 @kindex g Z
29167 @pindex calc-graph-zero-x
29168 @pindex calc-graph-zero-y
29169 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
29170 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
29171 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
29172 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
29173 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
29174 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
29175 not available for 3D plots.
29177 @kindex g s
29178 @pindex calc-graph-line-style
29179 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
29180 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
29181 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
29182 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
29183 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
29184 start at one and their meanings vary depending on the output device.
29185 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
29186 available for any device.
29188 @kindex g S
29189 @pindex calc-graph-point-style
29190 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
29191 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
29192 If you turn both lines and points off, the data points will show as
29193 tiny dots.  If the ``y'' values being plotted contain error forms and 
29194 the connecting lines are turned off, then this command will also turn 
29195 the error bars on or off.
29197 @cindex @code{LineStyles} variable
29198 @cindex @code{PointStyles} variable
29199 @vindex LineStyles
29200 @vindex PointStyles
29201 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
29202 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
29203 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
29204 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
29205 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
29206 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
29207 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
29208 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
29209 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
29210 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
29212 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
29213 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
29214 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
29215 still be assigned automatically, but you could store another vector in
29216 @code{PointStyles} to define them, too.
29218 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
29219 @section Graphical Devices
29221 @noindent
29222 @kindex g D
29223 @pindex calc-graph-device
29224 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29225 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29226 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29227 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29228 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29230 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29231 the default device name, used by all plots in the future which do
29232 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29233 blank line this command shows you the current default.  The special
29234 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29235 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29236 @code{DISPLAY} environment variable), @code{windows} on MS-Windows, or
29237 otherwise @code{dumb} under GNUPLOT 3.0 and later, or
29238 @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.  This is the initial default
29239 value.
29241 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29242 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29243 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29244 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29245 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29246 dumb terminals will be 
29247 @texline @math{80\times24}
29248 @infoline 80x24
29249 characters.  The graph is displayed in
29250 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29251 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29252 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29254 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29255 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29256 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29257 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29258 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29259 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29260 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29261 of the four directions.
29263 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29264 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29265 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29266 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29267 plot on any text-only printer.
29269 @kindex g O
29270 @pindex calc-graph-output
29271 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of the
29272 output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11} and
29273 @code{windows}, there is no output file and this information is not
29274 used.  Many other ``devices'' are really file formats like
29275 @code{postscript}; in these cases the output in the desired format
29276 goes into the file you name with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout
29277 @key{RET}} to set GNUPLOT to write to its standard output stream,
29278 i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.  This is the default setting.
29280 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29281 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29282 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29283 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29284 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29285 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29286 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29287 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29288 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29290 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29291 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29292 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29293 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29294 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29295 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29297 The default and printer devices and output files can be saved
29298 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29299 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29300 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29301 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29302 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29304 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29305 @vindex calc-gnuplot-default-device
29306 @vindex calc-gnuplot-default-output
29307 @vindex calc-gnuplot-print-command
29308 @vindex calc-gnuplot-print-device
29309 @vindex calc-gnuplot-print-output
29310 You may wish to configure the default and
29311 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29312 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29313 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29314 file names must be either strings as described above, or Lisp
29315 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29317 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29318 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29319 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29320 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29321 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29322 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29323 to display or print the output.  These variables are customizable
29324 (@pxref{Customizing Calc}).
29326 @kindex g x
29327 @pindex calc-graph-display
29328 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29329 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29330 a blank line to see the current display name.  This command has no
29331 effect unless the current device is @code{x11}.
29333 @kindex g X
29334 @pindex calc-graph-geometry
29335 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29336 command for specifying the position and size of the X window.
29337 The normal value is @code{default}, which generally means your
29338 window manager will let you place the window interactively.
29339 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29340 window in the upper-left corner of the screen.  This command has no
29341 effect if the current device is @code{windows}.
29343 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29344 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29345 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29346 error message has appeared here and display the buffer for you when
29347 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29348 something has gone wrong@footnote{
29349 On MS-Windows, due to the peculiarities of how the Windows version of
29350 GNUPLOT (called @command{wgnuplot}) works, the GNUPLOT responses are
29351 not communicated back to Calc.  Instead, you need to look them up in
29352 the GNUPLOT command window that is displayed as in normal interactive
29353 usage of GNUPLOT.
29356 @kindex g C
29357 @pindex calc-graph-command
29358 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29359 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29360 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29361 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29362 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29364 @kindex g v
29365 @kindex g V
29366 @pindex calc-graph-view-commands
29367 @pindex calc-graph-view-trail
29368 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29369 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29370 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29371 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29372 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29373 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29374 buffer is hidden again.  (Note that on MS-Windows, the @samp{*Gnuplot
29375 Trail*} buffer will usually show nothing of interest, because
29376 GNUPLOT's responses are not communicated back to Calc.)
29378 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29379 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29380 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29381 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29382 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29383 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29384 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29385 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29386 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29387 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29388 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29389 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29390 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29391 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29392 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29393 with @kbd{g p}.
29395 @kindex g q
29396 @pindex calc-graph-quit
29397 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29398 process that is running.  The next graphing command you give will
29399 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29400 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29401 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29402 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29404 @kindex g K
29405 @pindex calc-graph-kill
29406 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29407 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29408 you can see the process being killed.  This is better if you are
29409 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29411 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29412 @chapter Kill and Yank Functions
29414 @noindent
29415 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29416 other Emacs editing buffers.
29418 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29419 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29421 @menu
29422 * Killing From Stack::
29423 * Yanking Into Stack::
29424 * Saving Into Registers::
29425 * Inserting From Registers::
29426 * Grabbing From Buffers::
29427 * Yanking Into Buffers::
29428 * X Cut and Paste::
29429 @end menu
29431 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29432 @section Killing from the Stack
29434 @noindent
29435 @kindex C-k
29436 @pindex calc-kill
29437 @kindex M-k
29438 @pindex calc-copy-as-kill
29439 @kindex C-w
29440 @pindex calc-kill-region
29441 @kindex M-w
29442 @pindex calc-copy-region-as-kill
29443 @kindex M-C-w
29444 @cindex Kill ring
29445 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the ``kill
29446 ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y} command.
29447 Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which kills
29448 one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point, and
29449 @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29450 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too,
29451 although in the Calculator they operate on whole stack entries, so they
29452 ``round up'' the specified region to encompass full lines.  (To copy
29453 only parts of lines, the @kbd{M-C-w} command in the Calculator will copy
29454 the region to the kill ring without any ``rounding up'', just like the
29455 @kbd{M-w} command in normal Emacs.)  Also, @kbd{M-k} has been provided
29456 to complete the set; it puts the current line into the kill ring without
29457 deleting anything.
29459 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29460 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below
29461 the bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.
29462 Otherwise, they operate on whatever stack element the cursor is on.  The
29463 text is copied into the kill ring exactly as it appears on the screen,
29464 including line numbers if they are enabled.
29466 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29467 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29468 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29469 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29470 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29471 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29472 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29473 newline.
29475 @node Yanking Into Stack, Saving Into Registers, Killing From Stack, Kill and Yank
29476 @section Yanking into the Stack
29478 @noindent
29479 @kindex C-y
29480 @pindex calc-yank
29481 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29482 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29483 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29484 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29485 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29486 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29487 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29488 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29489 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29490 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29491 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29492 difference.)
29494 @node Saving Into Registers, Inserting From Registers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29495 @section Saving into Registers
29497 @noindent
29498 @kindex r s
29499 @pindex calc-copy-to-register
29500 @pindex calc-prepend-to-register
29501 @pindex calc-append-to-register
29502 @cindex Registers
29503 An alternative to killing and yanking stack entries is using 
29504 registers in Calc.  Saving stack entries in registers is like
29505 saving text in normal Emacs registers; although, like Calc's kill
29506 commands, register commands always operate on whole stack
29507 entries.
29509 Registers in Calc are places to store stack entries for later use;
29510 each register is indexed by a single character.  To store the current
29511 region (rounded up, of course, to include full stack entries) into a
29512 register, use the command @kbd{r s} (@code{calc-copy-to-register}).
29513 You will then be prompted for a register to use, the next character
29514 you type will be the index for the register.  To store the region in
29515 register @var{r}, the full command will be @kbd{r s @var{r}}.  With an
29516 argument, @kbd{C-u r s @var{r}}, the region being copied to the
29517 register will be deleted from the Calc buffer.
29519 It is possible to add additional stack entries to a register.  The
29520 command @kbd{M-x calc-append-to-register} will prompt for a register,
29521 then add the stack entries in the region to the end of the register
29522 contents. The command @kbd{M-x calc-prepend-to-register} will
29523 similarly prompt for a register and add  the stack entries in the
29524 region to the beginning of the register contents.  Both commands take
29525 @kbd{C-u} arguments, which will cause the region to be deleted after being
29526 added to the register.
29528 @node Inserting From Registers, Grabbing From Buffers, Saving Into Registers, Kill and Yank
29529 @section Inserting from Registers
29530 @noindent
29531 @kindex r i
29532 @pindex calc-insert-register
29533 The command @kbd{r i} (@code{calc-insert-register}) will prompt for a
29534 register, then insert the contents of that register into the
29535 Calculator.  If the contents of the register were placed there from
29536 within Calc, then the full internal structure of the contents will be
29537 inserted into the Calculator, otherwise whatever text is in the
29538 register is reparsed and then inserted into the Calculator.
29540 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Inserting From Registers, Kill and Yank
29541 @section Grabbing from Other Buffers
29543 @noindent
29544 @kindex C-x * g
29545 @pindex calc-grab-region
29546 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29547 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29548 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29549 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29550 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29551 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29552 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29553 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29555 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29556 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29557 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29558 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29559 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29560 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29561 delete given that prefix argument.
29563 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29564 line.
29566 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29567 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29568 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29569 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29570 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29571 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29572 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29573 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29575 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29576 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29578 @kindex C-x * r
29579 @pindex calc-grab-rectangle
29580 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29581 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29582 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29583 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29584 whose contents are parsed.
29586 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29587 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29588 only if every row contains the same number of values.
29590 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29591 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29592 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29593 is ignored.
29595 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29596 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29597 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29598 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29599 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29600 @kbd{C-x * r} command.
29602 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29603 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29604 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29605 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29606 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29607 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29608 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29609 as @samp{[2*a]}.
29611 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29612 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29613 separately as a matrix element.  If a line contained
29614 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29615 would correctly split the line into two error forms.
29617 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29618 constituent rows and columns.  (If it is a 
29619 @texline @math{1\times1}
29620 @infoline 1x1
29621 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29623 @kindex C-x * :
29624 @kindex C-x * _
29625 @pindex calc-grab-sum-across
29626 @pindex calc-grab-sum-down
29627 @cindex Summing rows and columns of data
29628 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29629 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29630 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29631 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29632 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29633 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29634 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29636 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29637 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29638 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29639 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29640 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29642 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29643 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29644 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29645 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29646 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29647 you want to do further arithmetic with it.)
29649 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29650 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29651 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29652 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29653 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29654 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29655 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29657 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29658 @section Yanking into Other Buffers
29660 @noindent
29661 @kindex y
29662 @pindex calc-copy-to-buffer
29663 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29664 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29665 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29666 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29667 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29668 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29669 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29670 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29672 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29673 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29674 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29675 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29676 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29677 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29678 latter strips off the trailing newline.
29680 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29681 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29682 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29683 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29684 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29685 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29686 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29687 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29688 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29689 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29691 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29692 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29693 overwrite the characters following point rather than being inserted
29694 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29695 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29696 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29697 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29698 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29699 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29700 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29701 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29702 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29703 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29704 to overwriting one complete number with another.
29706 @kindex C-x * y
29707 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29708 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29709 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29711 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29712 @section X Cut and Paste
29714 @noindent
29715 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29716 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29717 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29719 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29720 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29721 select the text between the cursor and the clicked location, and
29722 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29723 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29724 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29725 to select a number, vector, or formula from one window, then
29726 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29727 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29728 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29729 new value is always pushed onto the top of the stack.
29731 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29732 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29733 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29734 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29735 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29736 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29737 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29738 in the Calc window.
29740 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29741 @chapter Keypad Mode
29743 @noindent
29744 @kindex C-x * k
29745 @pindex calc-keypad
29746 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29747 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29748 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29749 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29750 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29751 you can type in your file while simultaneously performing
29752 calculations with the mouse.
29754 @pindex full-calc-keypad
29755 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29756 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29757 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29758 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29759 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29761 If you aren't using the X window system, you must switch into
29762 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29763 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29764 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29766 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29767 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29768 keystrokes; all such deviations are described below.
29770 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29771 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29772 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29773 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29774 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29775 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29776 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29777 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29779 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29780 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29781 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29782 original buffer.
29784 @menu
29785 * Keypad Main Menu::
29786 * Keypad Functions Menu::
29787 * Keypad Binary Menu::
29788 * Keypad Vectors Menu::
29789 * Keypad Modes Menu::
29790 @end menu
29792 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29793 @section Main Menu
29795 @smallexample
29796 @group
29797 |----+----+--Calc---+----+----1
29798 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29799 |----+----+----+----+----+----|
29800 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29801 |----+----+----+----+----+----|
29802 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29803 |----+----+----+----+----+----|
29804 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29805 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29806 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29807 |-----+-----+-----+-----+-----|
29808 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29809 |-----+-----+-----+-----+-----|
29810 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29811 |-----+-----+-----+-----+-----|
29812 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29813 |-----+-----+-----+-----+-----+
29814 @end group
29815 @end smallexample
29817 @noindent
29818 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29819 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29820 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29821 screen you will be able to see the top three stack entries.
29823 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29824 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29825 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29826 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29827 or any other function key.
29829 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29830 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29831 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29832 stack.
29834 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29835 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29836 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29837 below and in the following sections.
29839 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29840 duplicates the top entry on the stack.
29842 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29843 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29844 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29846 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29847 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29848 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29849 the stack, then removes that many additional stack elements.
29851 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29852 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29853 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29854 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29855 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29857 The other keys in this display perform their obvious calculator
29858 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29859 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29860 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29862 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29863 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29864 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29865 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29867 @table @kbd
29868 @item INV +/-
29869 is the same as @key{1/x}.
29870 @item INV +
29871 is the same as @key{SQRT}.
29872 @item INV -
29873 is the same as @key{CONJ}.
29874 @item INV *
29875 is the same as @key{y^x}.
29876 @item INV /
29877 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29878 @item HYP/INV 1
29879 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29880 @item HYP/INV 2
29881 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29882 @item HYP/INV 3
29883 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29884 @item INV/HYP 4
29885 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29886 @item INV/HYP 5
29887 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29888 @item INV 6
29889 is the same as @key{ABS}.
29890 @item INV 7
29891 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29892 @item INV 8
29893 is the same as @key{CLN2}.
29894 @item INV 9
29895 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29896 @item INV 0
29897 is the same as @key{IMAG}.
29898 @item INV .
29899 is the same as @key{PREC}.
29900 @item INV ENTER
29901 is the same as @key{SWAP}.
29902 @item HYP ENTER
29903 is the same as @key{RLL3}.
29904 @item INV HYP ENTER
29905 is the same as @key{OVER}.
29906 @item HYP +/-
29907 packs the top two stack entries as an error form.
29908 @item HYP EEX
29909 packs the top two stack entries as a modulo form.
29910 @item INV EEX
29911 creates an interval form; this removes an integer which is one
29912 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29913 by the two limits of the interval.
29914 @end table
29916 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29917 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29918 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29919 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29920 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29921 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29923 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29924 @section Functions Menu
29926 @smallexample
29927 @group
29928 |----+----+----+----+----+----2
29929 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29930 |----+----+----+----+----+----|
29931 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29932 |----+----+----+----+----+----|
29933 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29934 |----+----+----+----+----+----|
29935 @end group
29936 @end smallexample
29938 @noindent
29939 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29940 prefix keys.
29942 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29943 number @expr{i = (0, 1)}.
29945 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29946 extracts the imaginary part.
29948 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29949 a random number greater than or equal to zero but less than that
29950 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29951 again'' command; it computes another random number using the
29952 same limit as last time.
29954 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29956 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29957 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29958 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29960 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29961 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29963 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29964 finds the previous prime.
29966 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29967 @section Binary Menu
29969 @smallexample
29970 @group
29971 |----+----+----+----+----+----3
29972 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29973 |----+----+----+----+----+----|
29974 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29975 |----+----+----+----+----+----|
29976 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29977 |----+----+----+----+----+----|
29978 @end group
29979 @end smallexample
29981 @noindent
29982 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29983 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29984 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29986 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29987 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29989 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29990 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29991 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29992 for entering hexadecimal numbers.
29994 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29995 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29996 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29997 The initial word size is 32 bits.
29999 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
30000 @section Vectors Menu
30002 @smallexample
30003 @group
30004 |----+----+----+----+----+----4
30005 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
30006 |----+----+----+----+----+----|
30007 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
30008 |----+----+----+----+----+----|
30009 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
30010 |----+----+----+----+----+----|
30011 @end group
30012 @end smallexample
30014 @noindent
30015 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
30017 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
30018 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
30019 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
30020 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
30021 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
30022 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
30023 rows into a matrix.
30025 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
30026 components separately.
30028 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
30029 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
30030 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
30031 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
30032 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
30034 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
30035 identity matrix.
30037 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
30039 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
30041 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
30042 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
30044 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
30045 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
30046 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
30047 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
30049 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
30050 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
30051 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
30053 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
30054 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
30055 @key{HYP MAX} computes the median.
30057 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
30058 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
30059 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
30060 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
30061 all the elements of a vector.
30063 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
30064 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
30065 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
30066 second-to-top position and matches them to the variables in
30067 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
30068 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
30069 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
30070 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
30071 the formula @samp{x^y}.
30073 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
30074 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
30075 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
30076 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
30077 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
30078 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
30079 @expr{t}, respectively.
30081 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
30082 @section Modes Menu
30084 @smallexample
30085 @group
30086 |----+----+----+----+----+----5
30087 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
30088 |----+----+----+----+----+----|
30089 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
30090 |----+----+----+----+----+----|
30091 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
30092 |----+----+----+----+----+----|
30093 @end group
30094 @end smallexample
30096 @noindent
30097 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
30099 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
30100 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
30101 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
30102 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
30103 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
30105 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
30106 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
30107 well as to the left.
30109 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
30110 for trigonometric functions.
30112 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
30113 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
30114 fractional or floating-point results.
30116 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
30117 polar or rectangular complex numbers are used by default.
30119 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
30120 operations that would produce inexact floating-point results
30121 are left unevaluated as algebraic formulas.
30123 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
30124 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
30126 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
30127 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
30128 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
30129 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
30131 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
30132 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
30133 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
30134 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
30135 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
30137 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
30138 @chapter Embedded Mode
30140 @noindent
30141 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
30142 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
30143 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
30144 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
30146 @menu
30147 * Basic Embedded Mode::
30148 * More About Embedded Mode::
30149 * Assignments in Embedded Mode::
30150 * Mode Settings in Embedded Mode::
30151 * Customizing Embedded Mode::
30152 @end menu
30154 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
30155 @section Basic Embedded Mode
30157 @noindent
30158 @kindex C-x * e
30159 @pindex calc-embedded
30160 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
30161 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
30162 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
30163 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
30164 are visiting your own files.
30166 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
30167 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
30168 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
30169 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
30170 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
30171 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
30172 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
30173 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
30174 These can be overridden with Calc's mode
30175 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
30176 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
30178 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
30179 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
30180 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
30181 understands are:
30183 @enumerate
30184 @item
30185 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
30186 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
30187 @item
30188 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
30189 @item
30190 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
30191 @item
30192 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
30193 @item
30194 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
30195 @end enumerate
30197 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
30198 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
30199 on their own separate lines or in-line with the formula.
30201 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
30202 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
30203 that many lines forward or backward (respectively, including the current
30204 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
30206 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
30207 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
30208 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
30210 @kindex C-x * w
30211 @pindex calc-embedded-word
30212 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
30213 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
30214 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
30215 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
30216 backward to delimit the formula.
30218 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
30219 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
30220 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
30221 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
30222 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
30223 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
30224 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
30225 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
30226 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
30227 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
30228 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
30230 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
30231 formula which is blank, say with the cursor on the space between
30232 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
30233 an algebraic entry.
30235 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
30236 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
30237 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
30238 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
30239 not affected by Embedded mode.
30241 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
30242 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
30243 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
30244 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
30245 find you need to see the entire stack.
30247 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
30248 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
30249 inequality:
30251 @example
30252 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
30253 @end example
30255 @noindent
30256 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
30257 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
30258 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
30259 to match Calc's usual display style:
30261 @example
30262 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
30263 @end example
30265 @noindent
30266 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
30267 in a different formula, one which we have not yet touched with
30268 Embedded mode.
30270 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
30271 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
30272 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
30273 This is a selection-based command for which we first need to
30274 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
30275 needs to be commuted.
30277 @example
30278 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
30279 @end example
30281 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
30282 without actually selecting that window.  Giving this command
30283 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
30284 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
30286 @example
30287 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
30288 @end example
30290 @noindent
30291 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
30292 at this point will exchange the two stack values and restore
30293 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30294 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30295 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30296 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30297 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
30299 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30300 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30301 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30302 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30303 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30304 that happens on the stack is entirely your business as far as
30305 Embedded mode is concerned.
30307 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
30308 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30309 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30310 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30311 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
30312 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30313 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30314 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30315 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30316 you haven't done anything with this formula yet.
30318 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30319 @section More About Embedded Mode
30321 @noindent
30322 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30323 the formula for the first time since the buffer was created or
30324 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30325 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
30326 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
30327 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30328 it is parsed according to the current language mode.
30330 Note that Calc does not change the current language mode according
30331 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
30332 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30333 whatever language mode is in effect.
30335 @tex
30336 \bigskip
30337 @end tex
30339 @kindex d p
30340 @pindex calc-show-plain
30341 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30342 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30343 specify matrix display styles which the parser is unable to
30344 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30345 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30346 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30347 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30348 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30349 version.
30351 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30352 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30353 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30354 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30355 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30356 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
30357 in a comment for those modes, also.  
30358 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30359 formula delimiters. 
30361 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30362 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30363 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30364 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30365 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30366 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30367 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30368 Calc will be able to read your formula later.
30370 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30371 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30372 any digits that are computed but not displayed will simply be
30373 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30374 mode allows you to make sure that the complete number is present
30375 in the file as well as the rounded-down number.
30377 @tex
30378 \bigskip
30379 @end tex
30381 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30382 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30383 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30384 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30385 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30386 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30387 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30388 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30389 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30390 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30391 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30392 ``plain'' mode.
30394 @tex
30395 \bigskip
30396 @end tex
30398 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30399 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30400 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30401 like this in your file (elaborating here on the example from
30402 the ``Getting Started'' chapter):
30404 @smallexample
30405 The derivative of
30407                               ln(ln(x))
30411                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30413 whose value at x = 2 is
30415                             @r{(the value)}
30417 and at x = 3 is
30419                             @r{(the value)}
30420 @end smallexample
30422 @kindex C-x * d
30423 @pindex calc-embedded-duplicate
30424 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30425 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30426 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30427 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30428 Embedded mode is then enabled for that copy.
30430 For this example, you would start with just
30432 @smallexample
30433 The derivative of
30435                               ln(ln(x))
30436 @end smallexample
30438 @noindent
30439 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30442 @smallexample
30443 The derivative of
30445                               ln(ln(x))
30448                               ln(ln(x))
30449 @end smallexample
30451 @noindent
30452 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30453 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30454 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30455 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30456 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30457 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30459 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30460 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30461 various formulas and numbers.
30463 @tex
30464 \bigskip
30465 @end tex
30467 @kindex C-x * f
30468 @kindex C-x * '
30469 @pindex calc-embedded-new-formula
30470 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30471 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30472 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30473 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30474 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30475 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30476 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30477 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30479 @kindex C-x * n
30480 @kindex C-x * p
30481 @pindex calc-embedded-next
30482 @pindex calc-embedded-previous
30483 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30484 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30485 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30486 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30487 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30488 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30489 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30490 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30491 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30492 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30493 formula, they just move the cursor.
30495 @kindex C-x * `
30496 @pindex calc-embedded-edit
30497 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30498 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30499 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30500 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30502 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30503 @section Assignments in Embedded Mode
30505 @noindent
30506 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30507 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30508 a definition in one formula, then refer to that definition in
30509 other formulas embedded in the same buffer.
30511 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30513 @example
30514 foo := 5
30515 @end example
30517 @noindent
30518 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30519 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30520 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30521 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30522 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30524 One way to use this assigned value is simply to create an
30525 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30526 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30527 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30528 is to use @samp{=>} elsewhere:
30530 @example
30531 foo + 7 => 12
30532 @end example
30534 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30536 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30537 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30539 @example
30540 foo := 17
30542 foo + 7 => 24
30543 @end example
30545 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30546 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30547 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30548 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30549 variable @code{foo} becomes unassigned:
30551 @example
30554 foo + 7 => foo + 7
30555 @end example
30557 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30558 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30559 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30560 Subformulas}, to see how this works).
30562 @kindex C-x * j
30563 @pindex calc-embedded-select
30564 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30565 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30566 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30567 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30568 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30569 A formula can also be a combination of both:
30571 @example
30572 bar := foo + 3 => 20
30573 @end example
30575 @noindent
30576 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30578 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30579 mode.
30581 @kindex C-x * u
30582 @pindex calc-embedded-update-formula
30583 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30584 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30585 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30586 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30587 command is a convenient way to do this.
30589 @example
30590 foo := 6
30592 foo + 7 => 13
30593 @end example
30595 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30596 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30597 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30598 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30599 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30600 that formula will not be disturbed.
30602 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30603 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30604 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30605 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30606 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30608 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30609 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30611 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30612 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30613 file.
30615 @kindex C-x * a
30616 @pindex calc-embedded-activate
30617 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30618 through the current buffer and activates all embedded formulas
30619 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30620 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30621 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30622 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30623 changed.
30625 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30626 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30627 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30628 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30629 a few lines that look like this:
30631 @example
30632 --- Local Variables: ---
30633 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30634 --- End: ---
30635 @end example
30637 @noindent
30638 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30639 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30640 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30641 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30642 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30643 trailing strings.
30645 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30646 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30647 section, it does the specified things (in this case, running
30648 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30649 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30650 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30651 page of the file if the file has any page separators.
30652 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30653 Emacs manual}.
30655 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30656 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30657 Generally this should not be a problem, though, because the
30658 formulas will have been up-to-date already when the file was
30659 saved.
30661 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30662 any previous active formulas remain active as well.  With a
30663 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30664 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30665 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30666 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30668 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30669 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30670 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30671 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30672 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30673 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30674 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30675 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30676 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30677 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30678 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30679 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30680 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30681 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30682 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30684 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30685 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30686 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30687 following assignment is used.
30689 @example
30690 x => 1
30692 x := 1
30694 x => 1
30696 x := 2
30698 x => 2
30699 @end example
30701 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30702 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30703 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30704 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30705 but the automatic linkage between assignments and references works
30706 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30708 If there are no assignments to a given variable, the global
30709 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30710 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30711 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30712 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30713 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30714 @pxref{Operations on Variables}.
30716 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30717 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30718 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30719 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30720 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30721 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30722 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30723 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30724 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30725 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30726 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30728 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30729 @section Mode Settings in Embedded Mode
30731 @kindex m e
30732 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30733 @noindent
30734 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30735 by default they will revert to their original values when embedded mode
30736 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30737 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30738 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30739 will be preserved when embedded mode is ended.
30741 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30742 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30743 in the file that specify mode settings either global to the entire
30744 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30745 case, different modes can be specified for use when a formula
30746 is the enabled Embedded mode formula.
30748 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30749 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30750 a line like the following one to the file just before the opening
30751 delimiter of the formula.
30753 @example
30754 % [calc-mode: fractions: t]
30755 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30756 @end example
30758 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30759 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30760 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30761 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30762 the file, or up to a line of the form
30764 @example
30765 % [calc-defaults]
30766 @end example
30768 @noindent
30769 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30770 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30771 ``zone'' of mode settings and another.
30773 If the file contains several annotations for the same mode, the
30774 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30775 formula are never used (except for global annotations, described
30776 below).
30778 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30779 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30780 characters are different for different major modes.  You can edit the
30781 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30782 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30783 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30784 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30785 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30786 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30788 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30789 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30790 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30791 one.
30793 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30794 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30795 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30796 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30797 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30798 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30799 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30800 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30801 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30803 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30804 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30805 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30806 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30807 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30808 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30810 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30811 that look like this, respectively:
30813 @example
30814 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30815 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30816 @end example
30818 The first kind of annotation will be used only while a formula
30819 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30820 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30821 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30822 yet, is not relevant here.)
30824 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30825 of the file:
30827 @example
30828 % [calc-global-mode: fractions t]
30829 @end example
30831 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30832 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30833 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30834 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30835 formulas in the file.
30837 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30838 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30839 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30840 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30841 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30843 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30844 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30845 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30846 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30847 formula has not changed its style to match, even though by the
30848 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30850 @example
30851 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30852 1.23e2
30854 456.
30855 @end example
30857 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30858 on it in order to get it to notice the new annotation.
30860 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30861 which are also available outside of Embedded mode.  
30862 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30863 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30864 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30865 rather than by annotating the current document, and no-recording
30866 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30867 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30868 annotations at all.
30870 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30871 for @code{Save} have no effect.
30873 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30874 @section Customizing Embedded Mode
30876 @noindent
30877 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30878 variables described here.  These variables are customizable 
30879 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30880 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30881 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30882 the end of the file; 
30883 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30884 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30885 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30887 @vindex calc-embedded-open-formula
30888 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30889 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30890 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30891 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30892 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30893 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30894 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30895 regular expression is not completely plain, let's go through it
30896 in detail.
30898 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30899 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30900 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30901 Lisp program.
30903 The most obvious property of this regular expression is that it
30904 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30905 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30906 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30907 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30908 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30909 So the actual regular expression seen by Calc is
30910 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30912 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30913 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30914 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30915 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30916 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30917 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30919 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30920 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30921 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30922 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30923 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30924 one or two dollar signs.
30926 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30927 like this example, with several more alternatives added on to
30928 recognize various other common kinds of delimiters.
30930 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30931 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30932 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30933 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30934 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30935 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30936 must operate on a whole formula including its delimiters.
30938 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30939 But just for your convenience, here is a list of all characters
30940 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30941 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30942 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30943 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30944 account for each of these six backslashes!)
30946 @vindex calc-embedded-close-formula
30947 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30948 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30949 regular expression to match the above example would be
30950 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30951 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30952 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30953 of describing a blank line that is more appropriate for this
30954 case).
30956 @vindex calc-embedded-word-regexp
30957 The @code{calc-embedded-word-regexp} variable holds a regular expression
30958 used to define an expression to look for (a ``word'') when you type
30959 @kbd{C-x * w} to enable Embedded mode.
30961 @vindex calc-embedded-open-plain
30962 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30963 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30964 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30965 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30966 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30967 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30968 be different for certain major modes.
30970 @vindex calc-embedded-close-plain
30971 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30972 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30973 different for different major modes.  Without
30974 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30975 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30977 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30978 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30979 which is inserted at the front of a new formula when you type
30980 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30981 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30982 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30983 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30984 the file.
30986 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30987 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30988 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30989 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30990 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30991 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30992 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30994 @vindex calc-embedded-announce-formula
30995 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30996 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30997 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30998 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30999 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
31000 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
31001 But if your language includes a delimiter which can only occur
31002 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
31003 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
31004 different for different major modes.
31005 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
31006 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
31007 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
31008 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
31010 @vindex calc-embedded-open-mode
31011 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
31012 regular expression) which should precede a mode annotation.
31013 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
31014 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
31015 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
31016 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
31017 modes. 
31019 @vindex calc-embedded-close-mode
31020 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
31021 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
31022 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
31023 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
31024 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
31026 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
31027 @chapter Programming
31029 @noindent
31030 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
31031 on the nature of the problem you need to solve.
31033 @enumerate
31034 @item
31035 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
31036 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
31037 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
31038 as loops and conditionals.
31040 @item
31041 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
31042 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
31043 as an interactive command.
31045 @item
31046 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
31047 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
31048 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
31049 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
31050 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
31052 @item
31053 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
31054 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
31055 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
31056 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
31057 rewrite rules.
31058 @end enumerate
31060 @kindex z
31061 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
31062 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
31063 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
31064 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
31065 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
31066 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
31067 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
31069 @menu
31070 * Creating User Keys::
31071 * Keyboard Macros::
31072 * Invocation Macros::
31073 * Algebraic Definitions::
31074 * Lisp Definitions::
31075 @end menu
31077 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
31078 @section Creating User Keys
31080 @noindent
31081 @kindex Z D
31082 @pindex calc-user-define
31083 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
31084 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
31085 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
31087 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
31088 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
31089 prompted for the name of the Calculator command that this key should
31090 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
31091 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
31092 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
31093 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
31094 @kbd{z s} to be something else.
31096 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
31097 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
31099 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
31100 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
31101 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
31103 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
31104 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
31105 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
31106 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
31107 of a letter if you wish.
31109 @kindex Z U
31110 @pindex calc-user-undefine
31111 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
31112 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
31113 key we defined above.
31115 @kindex Z P
31116 @pindex calc-user-define-permanent
31117 @cindex Storing user definitions
31118 @cindex Permanent user definitions
31119 @cindex Calc init file, user-defined commands
31120 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
31121 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
31122 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
31123 your Calc init file; that is, the file given by the variable
31124 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
31125 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
31126 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
31127 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
31128 use a different file for the Calc init file.)
31130 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
31131 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
31132 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
31133 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
31134 command will save all of these definitions.
31135 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
31136 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
31137 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
31138 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
31139 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
31140 and if the function has any display formats, those will be saved, but
31141 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
31142 or key bindings associated with the function.) 
31144 @kindex Z E
31145 @pindex calc-user-define-edit
31146 @cindex Editing user definitions
31147 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
31148 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
31149 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
31150 following sections.
31152 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
31153 @section Programming with Keyboard Macros
31155 @noindent
31156 @kindex X
31157 @cindex Programming with keyboard macros
31158 @cindex Keyboard macros
31159 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
31160 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
31161 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
31162 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
31163 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
31164 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
31165 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
31166 information.
31168 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
31169 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
31170 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
31171 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
31172 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
31173 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
31174 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
31175 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
31176 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
31177 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
31178 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
31179 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
31180 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
31182 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
31183 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
31184 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
31185 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
31187 @menu
31188 * Naming Keyboard Macros::
31189 * Conditionals in Macros::
31190 * Loops in Macros::
31191 * Local Values in Macros::
31192 * Queries in Macros::
31193 @end menu
31195 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
31196 @subsection Naming Keyboard Macros
31198 @noindent
31199 @kindex Z K
31200 @pindex calc-user-define-kbd-macro
31201 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
31202 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
31203 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
31204 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
31205 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
31206 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
31207 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
31208 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
31209 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
31210 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
31211 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
31212 descriptive command name if you wish.
31214 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
31215 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
31216 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
31217 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
31219 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
31220 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
31222 @cindex Keyboard macros, editing
31223 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31224 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
31225 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
31226 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
31227 buffer with @kbd{C-x k}.
31228 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
31229 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
31230 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
31231 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
31232 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
31233 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
31234 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
31235 we take it for granted that it is clear we really mean 
31236 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
31238 @kindex C-x * m
31239 @pindex read-kbd-macro
31240 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
31241 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
31242 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
31243 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
31245 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
31246 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
31248 @noindent
31249 @kindex Z [
31250 @kindex Z ]
31251 @pindex calc-kbd-if
31252 @pindex calc-kbd-else
31253 @pindex calc-kbd-else-if
31254 @pindex calc-kbd-end-if
31255 @cindex Conditional structures
31256 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
31257 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
31258 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
31259 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
31260 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
31261 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
31262 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
31264 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
31265 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
31266 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
31267 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
31268 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
31269 command is skipped.
31271 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
31272 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
31273 executed while you are making the definition as well as when you later
31274 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
31275 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
31276 don't get a stack-underflow error during the definition process.
31278 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
31279 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
31281 @kindex Z :
31282 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
31283 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
31284 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
31285 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
31286 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
31287 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
31288 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
31290 @kindex Z |
31291 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
31292 between any number of alternatives.  For example,
31293 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
31294 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
31295 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
31296 it will execute @var{part3}.
31298 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31299 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31300 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31301 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31302 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31303 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31304 does not.
31306 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31307 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31308 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31309 constructs you must be careful that these character pairs do not
31310 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31311 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31312 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31313 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31314 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31316 @kindex Z C-g
31317 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31318 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31319 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31321 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31322 @subsection Loops in Keyboard Macros
31324 @noindent
31325 @kindex Z <
31326 @kindex Z >
31327 @pindex calc-kbd-repeat
31328 @pindex calc-kbd-end-repeat
31329 @cindex Looping structures
31330 @cindex Iterative structures
31331 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31332 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31333 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31334 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31335 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31336 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31337 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31338 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31339 repeat a multiply-by-two step however many times.
31341 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31342 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31343 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31344 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31345 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31346 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31347 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31348 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31349 macro.
31351 @kindex Z /
31352 @pindex calc-break
31353 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31354 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31355 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31356 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31357 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31358 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31359 in the C language.
31361 @kindex Z (
31362 @kindex Z )
31363 @pindex calc-kbd-for
31364 @pindex calc-kbd-end-for
31365 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31366 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31367 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31368 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31369 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31370 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31371 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31372 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31373 counter each time until the loop finishes.
31375 @cindex Summations (by keyboard macros)
31376 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31377 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31378 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31379 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31380 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31381 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31383 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31384 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31385 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31386 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31387 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31388 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31390 @kindex Z @{
31391 @kindex Z @}
31392 @pindex calc-kbd-loop
31393 @pindex calc-kbd-end-loop
31394 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31395 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31396 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31397 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31398 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31399 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31400 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31401 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31402 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31403 this feature.)
31405 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31406 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31407 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31408 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31409 as easily as in a macro definition.
31411 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31412 conditional and looping commands.
31414 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31415 @subsection Local Values in Macros
31417 @noindent
31418 @cindex Local variables
31419 @cindex Restoring saved modes
31420 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31421 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31422 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31423 precision, independent of the user's normal setting for those
31424 modes.
31426 @kindex Z `
31427 @kindex Z '
31428 @pindex calc-kbd-push
31429 @pindex calc-kbd-pop
31430 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31431 local variables inside the macro should not affect any variables
31432 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31433 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31435 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31436 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31437 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31438 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31439 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31441 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31442 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31443 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31444 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31445 in exceptional conditions.
31447 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31448 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31449 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31450 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31451 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31452 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31453 macros were involved.
31455 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31456 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31457 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31458 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31459 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31460 thereof) are also saved.
31462 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31463 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31464 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31465 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31466 for all mode-setting commands inside the macro.
31468 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31469 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31470 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31471 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31472 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31473 outside the construct.
31475 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31476 other settings such as the language mode and the various display modes,
31477 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31479 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31480 @subsection Queries in Keyboard Macros
31482 @c @noindent
31483 @c @kindex Z =
31484 @c @pindex calc-kbd-report
31485 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31486 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31487 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31488 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31489 @c to turn such messages off.
31491 @noindent
31492 @kindex Z #
31493 @pindex calc-kbd-query
31494 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31495 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31496 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31497 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31498 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31499 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31500 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31501 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31502 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31503 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31504 accept numbers or formulas as interactive input.
31506 As an example, 
31507 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31508 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31509 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31510 will not be part of the macro.)
31512 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31513 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31514 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31515 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31516 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31517 return control to the keyboard macro.
31519 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31520 @section Invocation Macros
31522 @kindex C-x * z
31523 @kindex Z I
31524 @pindex calc-user-invocation
31525 @pindex calc-user-define-invocation
31526 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31527 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31528 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31529 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31530 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31531 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31532 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31533 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31535 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31536 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31537 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31538 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31539 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31540 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31542 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31543 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31544 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31545 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31546 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31548 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31549 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31550 @xref{General Mode Commands}.
31552 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31553 @section Programming with Formulas
31555 @noindent
31556 @kindex Z F
31557 @pindex calc-user-define-formula
31558 @cindex Programming with algebraic formulas
31559 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31560 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31561 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31562 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31563 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31564 non-numeric arguments.
31566 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31567 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31568 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31569 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31570 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31571 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31572 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31574 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31575 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31576 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31577 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31579 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31580 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31581 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31582 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31583 This is the name you will use if you want to enter your 
31584 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31585 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31586 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31587 formula @samp{yow(x,y)}.
31589 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31590 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31591 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31592 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31593 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31594 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31595 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31596 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31597 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31598 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31599 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31600 @expr{b=100} in the definition.
31602 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31603 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31604 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31605 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31606 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31607 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31608 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31610 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31611 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31612 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31613 using the argument list @samp{(a b)}.
31615 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31616 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31617 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31618 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31619 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31620 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31621 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31622 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31623 question.
31625 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31626 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31627 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31628 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31630 @kindex Z G
31631 @pindex calc-get-user-defn
31632 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31633 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31634 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31635 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31636 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31637 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31638 by a @kbd{Z F} command.
31640 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31641 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31642 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31643 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31644 @kbd{C-x k} to
31645 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31646 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31647 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31648 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31650 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31651 In this case it will permanently record all three of the relevant
31652 definitions: the key, the command, and the function.
31654 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31655 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31656 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31657 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31658 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31659 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31660 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31661 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31662 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31664 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31665 @section Programming with Lisp
31667 @noindent
31668 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31669 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31670 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31671 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31672 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31673 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31674 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31675 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31676 will not edit a Lisp-based definition.
31678 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31679 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31680 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31681 to program the Calculator.
31683 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31684 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31685 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31686 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31687 for the true Lisp enthusiast.
31689 @menu
31690 * Defining Functions::
31691 * Defining Simple Commands::
31692 * Defining Stack Commands::
31693 * Argument Qualifiers::
31694 * Example Definitions::
31696 * Calling Calc from Your Programs::
31697 * Internals::
31698 @end menu
31700 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31701 @subsection Defining New Functions
31703 @noindent
31704 @findex defmath
31705 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31706 except that code in the body of the definition can make use of the full
31707 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31708 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31709 example,
31711 @example
31712 (defmath myfact (n)
31713   (if (> n 0)
31714       (* n (myfact (1- n)))
31715     1))
31716 @end example
31718 @noindent
31719 This actually expands to the code,
31721 @example
31722 (defun calcFunc-myfact (n)
31723   (if (math-posp n)
31724       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31725     1))
31726 @end example
31728 @noindent
31729 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31731 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31732 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31733 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31734 factorial function would be written along the following lines:
31736 @smallexample
31737 (defmath myfact (n)
31738   (if (> n 0)
31739       (* n (myfact (1- n)))
31740     (if (= n 0)
31741         1
31742       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31743 @end smallexample
31745 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31746 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31747 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31748 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31749 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31750 efficiently as possible.
31752 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31753 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31754 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31755 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31756 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31757 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31759 For other functions @var{func}, if a function by the name
31760 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31761 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31762 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31763 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31764 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31765 always used exactly as written (but not quoted).
31767 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31768 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31769 @code{for}, or @code{foreach} form,
31770 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31771 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31773 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31775 @itemize @bullet
31776 @item
31777 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31778 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31779 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31780 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31781 yields one element of a Calc matrix.
31783 @item
31784 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31785 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31786 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31787 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31788 in which case the effect is to store into the specified
31789 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31790 into one element of a matrix.
31792 @item
31793 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31794 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31795 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31796 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31797 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31798 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31799 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31800 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31801 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31802 that each element of the header is a list of three or four
31803 things, not just two.
31805 @item
31806 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31807 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31808 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31809 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31810 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31812 @item
31813 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31814 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31815 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31816 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31818 @item
31819 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31820 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31821 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31822 inside the body of the function.
31823 @end itemize
31825 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31826 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31827 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31828 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31829 formula can go between the quotes.  For example,
31831 @smallexample
31832 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31833   (and (numberp x)
31834        (exp :"x * 0.5")))
31835 @end smallexample
31837 expands to
31839 @smallexample
31840 (defun calcFunc-sqexp (x)
31841   (and (math-numberp x)
31842        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31843 @end smallexample
31845 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31846 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31847 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31848 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31849 step of @code{myfact} could have been written
31851 @example
31852 :"n * myfact(n-1)"
31853 @end example
31855 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31856 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31857 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31858 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31859 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31860 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31861 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31862 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31863 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31864 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31865 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31867 @example
31868 (put 'calc-define 'thing '(progn
31869  (defmath ... )
31870  (defmath ... )
31872 @end example
31874 @noindent
31875 @vindex calc-define
31876 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31877 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31878 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31879 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31880 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31881 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31882 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31883 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31884 name of your project so as not to conflict with other properties.
31886 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31887 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31888 that same code in another file which you load by hand either before or
31889 after Calc itself is loaded.
31891 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31892 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31893 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31894 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31896 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31897 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31898 call your function, even if the file defining the property is loaded
31899 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31900 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31901 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31902 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31903 protect against this situation, you can put
31905 @example
31906 (run-hooks 'calc-check-defines)
31907 @end example
31909 @findex calc-check-defines
31910 @noindent
31911 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31912 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31913 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31914 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31916 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31917 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31918 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31919 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31921 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31922 @subsection Defining New Simple Commands
31924 @noindent
31925 @findex interactive
31926 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31927 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31928 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31929 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31930 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31931 the command work in the Calc environment.
31933 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31934 for normal Emacs Lisp commands:
31936 @smallexample
31937 (defmath increase-precision (delta)
31938   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31939   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31940   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31941 @end smallexample
31943 This expands to the pair of definitions,
31945 @smallexample
31946 (defun calc-increase-precision (delta)
31947   "Increase precision by DELTA."
31948   (interactive "p")
31949   (calc-wrapper
31950    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31952 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31953   "Increase precision by DELTA."
31954   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31955 @end smallexample
31957 @noindent
31958 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31959 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31960 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31961 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31963 @findex calc-wrapper
31964 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31965 the function with code that looks roughly like this:
31967 @smallexample
31968 (let ((calc-command-flags nil))
31969   (unwind-protect
31970       (save-excursion
31971         (calc-select-buffer)
31972         @emph{body of function}
31973         @emph{renumber stack}
31974         @emph{clear} Working @emph{message})
31975     @emph{realign cursor and window}
31976     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31977     @emph{update Emacs mode line}))
31978 @end smallexample
31980 @findex calc-select-buffer
31981 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31982 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31983 the @samp{*Calc Trail*} window.
31985 @findex calc-set-command-flag
31986 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31987 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31988 following command flags:
31990 @table @code
31991 @item renum-stack
31992 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31993 after this command completes.  This is set by routines like
31994 @code{calc-push}.
31996 @item clear-message
31997 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31998 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
32000 @item no-align
32001 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
32003 @item position-point
32004 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
32005 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
32006 this command finishes.
32008 @item keep-flags
32009 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
32010 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
32012 @item do-edit
32013 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
32015 @item hold-trail
32016 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
32017 there.
32018 @end table
32020 @kindex Y
32021 @kindex Y ?
32022 @vindex calc-Y-help-msgs
32023 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
32024 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
32025 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
32026 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
32027 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
32028 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
32029 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
32030 future versions of Calc.
32032 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
32033 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
32034 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
32035 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
32036 stands for your package, then a third key for the particular command
32037 within your package.
32039 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
32040 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
32041 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
32042 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
32043 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
32044 if necessary without having to modify the file.
32046 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
32047 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
32048 decreases the precision.
32050 @smallexample
32051 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
32052 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
32054 (defvar inc-prec-base-key "P"
32055   "Base key for inc-prec.el commands.")
32057 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
32059 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
32060             'increase-precision)
32061 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
32062             'decrease-precision)
32064 (setq calc-Y-help-msgs
32065       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
32066             calc-Y-help-msgs))
32068 (defmath increase-precision (delta)
32069   "Increase precision by DELTA."
32070   (interactive "p")
32071   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
32073 (defmath decrease-precision (delta)
32074   "Decrease precision by DELTA."
32075   (interactive "p")
32076   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
32078 ))  ; end of calc-define property
32080 (run-hooks 'calc-check-defines)
32081 @end smallexample
32083 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
32084 @subsection Defining New Stack-Based Commands
32086 @noindent
32087 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
32088 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
32090 @example
32091 (interactive @var{num} @var{tag})
32092 @end example
32094 @noindent
32095 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
32096 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
32097 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
32098 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
32099 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
32100 parameters is valid.
32102 Your function must return either a number or a formula in a form
32103 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
32104 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
32105 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
32106 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
32107 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
32109 As an example, the definition
32111 @smallexample
32112 (defmath myfact (n)
32113   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32114   (interactive 1 "fact")
32115   (if (> n 0)
32116       (* n (myfact (1- n)))
32117     (and (= n 0) 1)))
32118 @end smallexample
32120 @noindent
32121 is a version of the factorial function shown previously which can be used
32122 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
32124 @smallexample
32125 (defun calc-myfact ()
32126   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32127   (interactive)
32128   (calc-slow-wrapper
32129    (calc-enter-result 1 "fact"
32130      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
32132 (defun calcFunc-myfact (n)
32133   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32134   (if (math-posp n)
32135       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
32136     (and (math-zerop n) 1)))
32137 @end smallexample
32139 @findex calc-slow-wrapper
32140 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
32141 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
32142 computation begins.  (This message can be turned off by the user
32143 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
32145 @findex calc-top-list-n
32146 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
32147 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
32148 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
32149 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
32151 @findex calc-enter-result
32152 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
32153 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
32154 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
32155 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
32156 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
32157 being pushed are also recorded in the trail.
32159 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
32160 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
32161 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
32162 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
32163 containing the single symbol @code{nil}.
32165 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
32166 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
32167 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
32169 @example
32170 (defmath foo (a b &optional c)
32171   (interactive "p" 2 "foo")
32172   @var{body})
32173 @end example
32175 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
32176 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
32177 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
32179 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
32180 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
32181 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
32182 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
32183 arguments to be used when no prefix is supplied.
32185 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
32186 @subsection Argument Qualifiers
32188 @noindent
32189 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
32190 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
32192 @example
32193 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
32194                &optional @var{param} @var{param...}
32195                &rest @var{param})
32196   @var{body})
32197 @end example
32199 @noindent
32200 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
32202 @example
32203 (@var{qual} @var{param})
32204 @end example
32206 The following qualifiers are recognized:
32208 @table @samp
32209 @item complete
32210 @findex complete
32211 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
32212 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
32213 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
32214 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
32216 @item integer
32217 @findex integer
32218 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
32219 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
32220 formulas are rejected.
32222 @item natnum
32223 @findex natnum
32224 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
32226 @item fixnum
32227 @findex fixnum
32228 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
32229 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
32230 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
32232 @item float
32233 @findex float
32234 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
32235 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
32236 actually rejected by this qualifier.)
32238 @item @var{pred}
32239 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
32240 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
32242 @item not-@var{pred}
32243 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
32244 @end table
32246 For example,
32248 @example
32249 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
32250               &rest (integer d))
32251   @var{body})
32252 @end example
32254 @noindent
32255 expands to
32257 @example
32258 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
32259   (and (math-matrixp b)
32260        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
32261   (or (math-constp b)
32262       (math-reject-arg b 'constp))
32263   (and c (setq c (math-check-float c)))
32264   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
32265   @var{body})
32266 @end example
32268 @noindent
32269 which performs the necessary checks and conversions before executing the
32270 body of the function.
32272 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
32273 @subsection Example Definitions
32275 @noindent
32276 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
32277 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
32278 @pxref{Internals}.
32280 @menu
32281 * Bit Counting Example::
32282 * Sine Example::
32283 @end menu
32285 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
32286 @subsubsection Bit-Counting
32288 @noindent
32289 @ignore
32290 @starindex
32291 @end ignore
32292 @tindex bcount
32293 Calc does not include a built-in function for counting the number of
32294 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
32295 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
32296 that set; let's write a function that counts the bits without having to
32297 create an intermediate set.
32299 @smallexample
32300 (defmath bcount ((natnum n))
32301   (interactive 1 "bcnt")
32302   (let ((count 0))
32303     (while (> n 0)
32304       (if (oddp n)
32305           (setq count (1+ count)))
32306       (setq n (lsh n -1)))
32307     count))
32308 @end smallexample
32310 @noindent
32311 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32312 Emacs Lisp function:
32314 @smallexample
32315 (defun calcFunc-bcount (n)
32316   (setq n (math-check-natnum n))
32317   (let ((count 0))
32318     (while (math-posp n)
32319       (if (math-oddp n)
32320           (setq count (math-add count 1)))
32321       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32322     count))
32323 @end smallexample
32325 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32326 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32327 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32328 involve actual division.
32330 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32331 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32332 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32333 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32334 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32336 @smallexample
32337 (defmath bcount ((natnum n))
32338   (interactive 1 "bcnt")
32339   (let ((count 0))
32340     (while (not (fixnump n))
32341       (let ((qr (idivmod n 512)))
32342         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32343               n (car qr))))
32344     (+ count (bcount-fixnum n))))
32346 (defun bcount-fixnum (n)
32347   (let ((count 0))
32348     (while (> n 0)
32349       (setq count (+ count (logand n 1))
32350             n (lsh n -1)))
32351     count))
32352 @end smallexample
32354 @noindent
32355 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32356 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32357 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32358 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32359 uses.
32361 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32362 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32363 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32364 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32365 actually they are less efficient because each operation is really
32366 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32367 same thing with a single division by 512.
32369 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
32370 @subsubsection The Sine Function
32372 @noindent
32373 @ignore
32374 @starindex
32375 @end ignore
32376 @tindex mysin
32377 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32378 well-known Taylor series expansion for 
32379 @texline @math{\sin x}:
32380 @infoline @samp{sin(x)}:
32382 @smallexample
32383 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32384   (interactive 1 "mysn")
32385   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32386   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32387         newsum
32388         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32389         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32390     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32391       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32392       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32393             x (* x xnegsqr)
32394             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32395       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32396           (break))           ;  then we are done.
32397       (setq sum newsum))
32398     sum))
32399 @end smallexample
32401 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32402 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32403 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32404 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32405 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32406 by a separate algorithm.
32408 @smallexample
32409 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32410   (interactive 1 "mysn")
32411   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32412   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32413     (cond ((complexp x)
32414            (mysin-complex x))
32415           ((< x 0)
32416            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32417           (t (mysin-raw x))))))
32419 (defmath mysin-raw (x)
32420   (cond ((>= x 7)
32421          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32422         ((> x (pi-over-2))
32423          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32424         ((> x (pi-over-4))
32425          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32426         ((< x (- (pi-over-4)))
32427          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32428         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32429 @end smallexample
32431 @noindent
32432 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32433 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32434 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32435 @code{mysin-raw} for cosines.
32437 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32438 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32439 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32440 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32441 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32442 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32443 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32444 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32445 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32446 that this rule misses.
32448 If a program is being written for general use, it is important to code
32449 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32450 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32451 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32453 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32454 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32456 @noindent
32457 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32458 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32459 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32460 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32461 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32462 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32463 much simpler to use!
32465 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32466 options, but they all stem from one simple operation.
32468 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32469 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32470 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32472 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32473 functions, you don't need to make any special preparations to load
32474 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32475 loaded and initialized for you.
32477 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32478 evaluating the expression and formatting the result.
32480 @ifinfo
32481 @example
32483 @end example
32484 @end ifinfo
32485 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32487 @noindent
32488 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32489 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32490 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32491 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32493 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32494 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32495 one by one below.
32497 You can give additional arguments to be substituted for
32498 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32499 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32500 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32501 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32502 used as a placeholder for the item-separator argument.
32504 @ifinfo
32505 @example
32507 @end example
32508 @end ifinfo
32509 @subsubsection Error Handling
32511 @noindent
32512 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32513 the character position of the error, plus a suitable message as a
32514 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32515 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32516 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32517 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32519 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32520 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32521 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32522 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32524 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32525 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32526 ignored.
32528 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32529 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32530 it permanently with @code{setq}.
32532 @ifinfo
32533 @example
32535 @end example
32536 @end ifinfo
32537 @subsubsection Numbers Only
32539 @noindent
32540 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32541 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32542 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32543 that are not constants are treated as errors.  The error message
32544 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32545 or otherwise ``Number expected.''
32547 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32548 object that does not include variables or function calls.  If it
32549 is a vector, the components must themselves be constants.
32551 @ifinfo
32552 @example
32554 @end example
32555 @end ifinfo
32556 @subsubsection Default Modes
32558 @noindent
32559 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32560 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32561 various Calc modes to their default values while the formula is
32562 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32563 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32564 mode is used.
32566 This same principle applies to the other options discussed below.
32567 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32568 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32570 If there are other elements in the list, they are taken as
32571 variable-name/value pairs which override the default mode
32572 settings.  Look at the documentation at the front of the
32573 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32574 the various modes.  The mode settings are restored to their
32575 original values when @code{calc-eval} is done.
32577 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32578 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32579 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32580 of the default of 12.
32582 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32583 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32584 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32585 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32586 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32588 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32589 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32590 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32591 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32592 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32593 see ``Predicates'' mode, below.)
32595 @ifinfo
32596 @example
32598 @end example
32599 @end ifinfo
32600 @subsubsection Raw Numbers
32602 @noindent
32603 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32604 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32605 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32606 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32607 from one @code{calc-eval} to the next.
32609 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32610 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32611 how these objects look in the following sections, but usually you can
32612 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32613 structure.
32615 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32616 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32617 an error if that object is not a constant).
32619 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32620 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32621 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32622 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32623 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32624 function in Calc, if you can remember its name.
32626 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32627 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32628 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32629 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32631 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32632 to format it as a string.
32634 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32635 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32636 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32638 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32639 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32640 various kinds of error returns discussed above.
32642 @ifinfo
32643 @example
32645 @end example
32646 @end ifinfo
32647 @subsubsection Predicates
32649 @noindent
32650 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32651 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32652 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32653 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32655 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32656 one value is less than another.
32658 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32659 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32660 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32661 wish to have an error register as ``false'', use something like
32662 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32664 @ifinfo
32665 @example
32667 @end example
32668 @end ifinfo
32669 @subsubsection Variable Values
32671 @noindent
32672 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32673 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32674 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32675 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32676 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32677 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32678 will return @code{"7.14159265359"}.
32680 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32681 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32682 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32683 understand either string or raw form values stored in variables,
32684 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32685 to increment the Calc variable @code{a}:
32687 @example
32688 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32689 @end example
32691 @ifinfo
32692 @example
32694 @end example
32695 @end ifinfo
32696 @subsubsection Stack Access
32698 @noindent
32699 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32700 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32701 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32702 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32703 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32704 usual way).
32706 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32707 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32708 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32709 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32710 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32711 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32712 the stack.
32714 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32715 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32716 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32717 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32718 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32720 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32721 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32722 as a string.
32724 In all of these cases the first argument can be made a list in
32725 order to force the default mode settings, as described above.
32726 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32727 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32728 instead of current display modes, except that the radix is
32729 hexadecimal instead of decimal.
32731 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32732 found it when you are done, unless the user of your program is
32733 actually expecting it to affect the stack.
32735 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32736 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32737 the stack buffer if necessary.
32739 @ifinfo
32740 @example
32742 @end example
32743 @end ifinfo
32744 @subsubsection Keyboard Macros
32746 @noindent
32747 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32748 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32749 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32750 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32751 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32752 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32753 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32755 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32756 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32757 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32758 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32759 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32761 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32762 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32763 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32765 The return value in this case is always @code{nil}.
32767 @ifinfo
32768 @example
32770 @end example
32771 @end ifinfo
32772 @subsubsection Lisp Evaluation
32774 @noindent
32775 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32776 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32777 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32778 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32779 @code{calc-eval}.
32781 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32782 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32783 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32784 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32786 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32787 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32788 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32789 Note that this function will leave a message in the echo area as
32790 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32791 automatically if not invoked from there, so the above call is
32792 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32793 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32794 your original buffer when it is done.
32796 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32797 expression to use default instead of current mode settings.
32799 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32800 returned by the evaluated Lisp expression.
32802 @ifinfo
32803 @example
32805 @end example
32806 @end ifinfo
32807 @subsubsection Example
32809 @noindent
32810 @findex convert-temp
32811 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32812 you have a document with lots of references to temperatures on the
32813 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32814 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32815 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32816 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32817 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32819 @example
32820 (defun convert-temp ()
32821   (interactive)
32822   (save-excursion
32823     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32824     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32825            (bot1 (match-end 1))
32826            (number (buffer-substring top1 bot1))
32827            (top2 (match-beginning 2))
32828            (bot2 (match-end 2))
32829            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32830       (if (equal type "F")
32831           (setq type "C"
32832                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32833         (setq type "F"
32834               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32835       (goto-char top2)
32836       (delete-region top2 bot2)
32837       (insert-before-markers type)
32838       (goto-char top1)
32839       (delete-region top1 bot1)
32840       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32841           (setq number (substring number 0 -1)))
32842       (insert number))))
32843 @end example
32845 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32846 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32847 instead of after it.
32849 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32850 @subsection Calculator Internals
32852 @noindent
32853 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32854 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32855 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32856 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32857 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32858 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32859 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32860 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32862 The functions described here are scattered throughout the various
32863 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32864 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32865 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32866 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32867 in the remaining component files.
32869 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32870 generally always executes with the extensions already loaded, so
32871 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32872 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32873 special, check carefully to make sure each function you are using is
32874 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32875 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32876 prove this file will already be loaded.
32878 @menu
32879 * Data Type Formats::
32880 * Interactive Lisp Functions::
32881 * Stack Lisp Functions::
32882 * Predicates::
32883 * Computational Lisp Functions::
32884 * Vector Lisp Functions::
32885 * Symbolic Lisp Functions::
32886 * Formatting Lisp Functions::
32887 * Hooks::
32888 @end menu
32890 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32891 @subsubsection Data Type Formats
32893 @noindent
32894 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32895 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32896 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32897 which is not a Lisp list.
32899 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32900 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32901 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32902 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32903 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32904 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32905 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32907 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32908 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32909 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32910 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32911 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32912 and large integers are called @dfn{bignums}.
32914 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32915 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32916 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32917 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32918 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32919 are normalized by negating the numerator and denominator.
32921 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32922 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32923 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32924 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32925 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32926 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32927 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32928 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32929 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32930 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32932 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32933 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32934 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32935 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32936 components are converted to real numbers automatically.
32938 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32939 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32940 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32941 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32942 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32943 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32944 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32945 negative real number.)
32947 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32948 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32949 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32950 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32951 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32953 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32954 a real number that counts days since midnight on the morning of
32955 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32956 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32958 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32959 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32960 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32962 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32963 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32964 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32965 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32966 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32967 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32969 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32970 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32971 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32972 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32973 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32974 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32975 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32976 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32977 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32978 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32980 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32981 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32982 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32983 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32984 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32985 generally unused by Calc data structures.
32987 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32988 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32989 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32990 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32991 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32992 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32993 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32994 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32995 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32996 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32997 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32998 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32999 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
33000 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
33001 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
33002 which represent units are not stored in any special way; they are units
33003 only because their names appear in the units table.  If the value
33004 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
33005 the variable is used.
33007 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
33008 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
33009 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
33010 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
33011 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
33012 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
33013 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
33014 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
33015 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
33016 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
33017 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
33018 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
33019 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
33020 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
33021 object which represents their value, or a list of such objects if they
33022 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
33023 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
33024 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
33025 and is not used by any built-in Calc functions.)
33027 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
33028 @subsubsection Interactive Functions
33030 @noindent
33031 The functions described here are used in implementing interactive Calc
33032 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
33033 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
33034 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
33036 @defun calc-set-command-flag flag
33037 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
33038 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
33039 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
33040 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
33041 @end defun
33043 @defun calc-clear-command-flag flag
33044 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
33045 remove it from that list.
33046 @end defun
33048 @defun calc-record-undo rec
33049 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
33050 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
33051 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
33052 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
33053 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
33054 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
33055 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
33056 contains the variable's value) was stored and its previous value was
33057 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
33058 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
33059 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
33060 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
33061 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
33062 @end defun
33064 @defun calc-record-why msg args
33065 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
33066 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
33067 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
33068 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
33069 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
33070 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
33071 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
33072 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
33073 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
33074 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
33075 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
33076 automatically; @pxref{Predicates}.
33077 @end defun
33079 @defun calc-is-inverse
33080 This predicate returns true if the current command is inverse,
33081 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
33082 @end defun
33084 @defun calc-is-hyperbolic
33085 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
33086 @end defun
33088 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
33089 @subsubsection Stack-Oriented Functions
33091 @noindent
33092 The functions described here perform various operations on the Calc
33093 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
33095 @defun calc-push-list vals n
33096 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
33097 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
33098 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
33099 elements will be inserted into the stack so that the last element will
33100 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
33101 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
33102 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
33103 is an empty list, nothing happens.
33105 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
33106 You can give an optional third argument to this function, which must
33107 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
33108 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
33109 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
33110 @end defun
33112 @defun calc-top-list n m
33113 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
33114 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
33115 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
33116 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
33117 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
33118 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
33119 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
33120 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
33121 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
33122 evaluated, rounded, or renormalized.
33124 If any stack elements contain selections, and selections have not
33125 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
33126 this function returns the selected portions rather than the entire
33127 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
33128 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
33129 a selection in any of the requested stack elements produces an
33130 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
33131 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
33132 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
33133 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
33134 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
33135 list form is returned; the first element of this list will be the whole
33136 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
33137 @end defun
33139 @defun calc-pop-stack n m
33140 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
33141 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
33142 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
33144 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
33145 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
33146 error without changing the stack.  If you supply an optional third
33147 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
33148 contain selections.
33149 @end defun
33151 @defun calc-record-list vals tag
33152 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
33153 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
33154 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
33155 will be used.
33156 @end defun
33158 @defun calc-normalize n
33159 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
33160 least this involves re-rounding floating-point values according to the
33161 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
33162 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
33163 actually evaluating a formula object by executing the function calls
33164 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
33165 @end defun
33167 @defun calc-top-list-n n m
33168 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
33169 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
33170 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
33171 objects will be rejected with an error message.  All computational
33172 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
33173 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
33174 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
33175 This function accepts the same optional selection-mode argument as
33176 @code{calc-top-list}.
33177 @end defun
33179 @defun calc-top-n m
33180 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
33181 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
33182 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
33183 @end defun
33185 @defun calc-enter-result n tag vals
33186 This function is a convenient interface to most of the above functions.
33187 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
33188 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
33189 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
33190 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
33191 A typical stack-based computational command would take the form,
33193 @smallexample
33194 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
33195                                (calc-top-list-n @var{n})))
33196 @end smallexample
33198 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
33199 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
33200 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
33201 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
33202 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
33203 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
33204 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
33205 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
33206 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
33207 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
33208 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
33209 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
33210 are present.
33211 @end defun
33213 @defun calc-unary-op tag func arg
33214 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
33215 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
33216 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
33217 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
33218 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
33220 @smallexample
33221 (defun calc-zeta (arg)
33222   (interactive "P")
33223   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
33224 @end smallexample
33225 @end defun
33227 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
33228 This function implements a binary operator, analogously to
33229 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
33230 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
33231 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
33232 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
33233 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
33234 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
33235 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
33236 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
33237 stack elements; when the argument is negative, the function is
33238 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
33239 top element.
33240 @end defun
33242 @defun calc-stack-size
33243 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
33244 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
33245 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
33246 @end defun
33248 @defun calc-cursor-stack-index n
33249 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
33250 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
33251 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
33252 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
33253 line number, not the stack entry itself.
33254 @end defun
33256 @defun calc-substack-height n
33257 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
33258 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
33259 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
33260 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
33261 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
33262 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
33263 entries.)
33264 @end defun
33266 @defun calc-refresh
33267 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
33268 This must be called after changing any parameter, such as the current
33269 display radix, which might change the appearance of existing stack
33270 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
33271 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
33272 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
33273 @end defun
33275 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
33276 @subsubsection Predicates
33278 @noindent
33279 The functions described here are predicates, that is, they return a
33280 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
33281 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
33282 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
33283 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
33284 the full range of Calc data types.
33286 @defun zerop x
33287 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
33288 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
33289 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
33290 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
33291 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
33292 @end defun
33294 @defun negp x
33295 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
33296 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
33297 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
33298 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
33299 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
33300 @end defun
33302 @defun posp x
33303 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
33304 numbers, none of these three predicates will return true.
33305 @end defun
33307 @defun looks-negp x
33308 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
33309 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
33310 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33311 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33312 @end defun
33314 @defun integerp x
33315 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33316 @end defun
33318 @defun fixnump x
33319 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33320 @end defun
33322 @defun natnump x
33323 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33324 @end defun
33326 @defun fixnatnump x
33327 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33328 @end defun
33330 @defun num-integerp x
33331 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33332 true integer or a float with no significant digits to the right of
33333 the decimal point.
33334 @end defun
33336 @defun messy-integerp x
33337 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33338 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33339 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33340 @end defun
33342 @defun num-natnump x
33343 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33344 @end defun
33346 @defun evenp x
33347 Returns true if @var{x} is an even integer.
33348 @end defun
33350 @defun looks-evenp x
33351 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33352 multiplicative coefficient which is an even integer.
33353 @end defun
33355 @defun oddp x
33356 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33357 @end defun
33359 @defun ratp x
33360 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33361 fraction.
33362 @end defun
33364 @defun realp x
33365 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33366 or floating-point number.
33367 @end defun
33369 @defun anglep x
33370 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33371 @end defun
33373 @defun floatp x
33374 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33375 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33376 is a float.
33377 @end defun
33379 @defun complexp x
33380 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33381 (but not a real number).
33382 @end defun
33384 @defun rect-complexp x
33385 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33386 @end defun
33388 @defun polar-complexp x
33389 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33390 @end defun
33392 @defun numberp x
33393 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33394 @end defun
33396 @defun scalarp x
33397 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33398 @end defun
33400 @defun vectorp x
33401 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33402 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33403 @end defun
33405 @defun numvecp x
33406 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33407 @end defun
33409 @defun matrixp x
33410 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33411 all of the same size.
33412 @end defun
33414 @defun square-matrixp x
33415 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33416 @end defun
33418 @defun objectp x
33419 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33420 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33421 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33422 as their components; see @code{constp} below.)
33423 @end defun
33425 @defun objvecp x
33426 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33427 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33428 mentioned above for @code{objectp}).
33429 @end defun
33431 @defun primp x
33432 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33433 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33434 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33435 and intervals.
33436 @end defun
33438 @defun constp x
33439 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33440 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33441 components are @code{constp}.
33442 @end defun
33444 @defun lessp x y
33445 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33446 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33447 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33448 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33449 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33450 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33451 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33452 @end defun
33454 @defun beforep x y
33455 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33456 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33457 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33458 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33459 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33460 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33461 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33462 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33463 @end defun
33465 @defun equal x y
33466 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33467 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33468 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33469 0 and 0.0 as different.
33470 @end defun
33472 @defun math-equal x y
33473 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33474 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33475 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33476 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33477 @end defun
33479 @defun equal-int x n
33480 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33481 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33482 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33483 whenever possible.
33484 @end defun
33486 @defun nearly-equal x y
33487 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33488 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33489 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33490 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33491 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33492 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33493 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33494 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33495 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33496 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33497 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33498 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33499 @end defun
33501 @defun nearly-zerop x y
33502 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33503 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33504 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33505 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33506 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33507 @var{y} must be real.
33508 @end defun
33510 @defun is-true x
33511 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33512 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33513 or a provably non-zero formula.
33514 @end defun
33516 @defun reject-arg val pred
33517 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33518 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33519 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33520 function call which led here will be left in symbolic form.
33521 @end defun
33523 @defun inexact-value
33524 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33525 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33526 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33527 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33528 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33529 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33530 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33531 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33532 @end defun
33534 @defun overflow
33535 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33536 @end defun
33538 @defun underflow
33539 This signals a floating-point underflow.
33540 @end defun
33542 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33543 @subsubsection Computational Functions
33545 @noindent
33546 The functions described here do the actual computational work of the
33547 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33548 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33549 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33550 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33551 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33552 is the actual Lisp function for taking square roots.
33554 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33555 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33556 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33557 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33558 respectively, instead.
33560 @defun normalize val
33561 (Full form: @code{math-normalize}.)
33562 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33563 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33564 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33565 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33566 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33567 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33568 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33569 return 6.
33571 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33572 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33573 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33574 the formula still in symbolic form.
33576 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33577 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33578 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33579 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33580 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33581 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33582 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33583 on the stack.
33584 @end defun
33586 @defun evaluate-expr expr
33587 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33588 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33589 when you press the @kbd{=} key interactively.
33590 @end defun
33592 @defmac with-extra-prec n body
33593 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33594 digits.  This is a macro which expands to
33596 @smallexample
33597 (math-normalize
33598   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33599     @var{body}))
33600 @end smallexample
33602 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33603 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33604 is important because some arithmetic operations assume a number's
33605 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33606 @end defmac
33608 @defun make-frac n d
33609 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33610 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33611 @end defun
33613 @defun make-float mant exp
33614 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33615 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33616 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33617 if @var{exp} is out of range.
33618 @end defun
33620 @defun make-sdev x sigma
33621 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33622 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33623 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33624 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33625 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33626 @end defun
33628 @defun make-intv mask lo hi
33629 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33630 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33631 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33632 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33633 @end defun
33635 @defun sort-intv mask lo hi
33636 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33637 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33638 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33639 @end defun
33641 @defun make-mod n m
33642 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33643 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33644 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33645 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33646 @end defun
33648 @defun float x
33649 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33650 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33651 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33652 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33653 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33654 @end defun
33656 @defun compare x y
33657 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33658 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33659 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33660 undefined or cannot be determined.
33661 @end defun
33663 @defun numdigs n
33664 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33665 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33666 considered to have zero digits.
33667 @end defun
33669 @defun scale-int x n
33670 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33671 digits with truncation toward zero.
33672 @end defun
33674 @defun scale-rounding x n
33675 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33676 integer rather than truncating.
33677 @end defun
33679 @defun fixnum n
33680 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33681 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33682 24 binary bits) the result is undefined.
33683 @end defun
33685 @defun sqr x
33686 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33687 @end defun
33689 @defun quotient x y
33690 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33691 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33692 direction of rounding is undefined.
33693 @end defun
33695 @defun idiv x y
33696 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33697 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33698 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33699 slower than for @code{quotient}.
33700 @end defun
33702 @defun imod x y
33703 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33704 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33705 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33706 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33707 @end defun
33709 @defun idivmod x y
33710 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33711 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33712 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33713 @end defun
33715 @defun pow x y
33716 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33717 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33718 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33719 @end defun
33721 @defun abs-approx x
33722 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33723 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33724 the absolute values of the components.
33725 @end defun
33727 @findex e
33728 @findex gamma-const
33729 @findex ln-2
33730 @findex ln-10
33731 @findex phi
33732 @findex pi-over-2
33733 @findex pi-over-4
33734 @findex pi-over-180
33735 @findex sqrt-two-pi
33736 @findex sqrt-e
33737 @findex two-pi
33738 @defun pi
33739 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33740 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33741 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33742 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33743 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33744 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33745 first are essentially free.
33746 @end defun
33748 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33749 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33750 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33751 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33752 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33753 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33754 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33755 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33756 with the current precision increased by four, and the result minus its
33757 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33758 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33759 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33760 again to 30 digits for use in the present request.
33761 @end defmac
33763 @findex half-circle
33764 @findex quarter-circle
33765 @defun full-circle symb
33766 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33767 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33768 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33769 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33770 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33771 @end defun
33773 @defun power-of-2 n
33774 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33775 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33776 particular @var{n} is expensive.
33777 @end defun
33779 @defun integer-log2 n
33780 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33781 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33782 return @code{nil}.
33783 @end defun
33785 @defun div-mod a b m
33786 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33787 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33788 @end defun
33790 @defun pow-mod a b m
33791 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33792 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33793 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33794 @end defun
33796 @defun isqrt n
33797 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33798 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33799 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33800 @end defun
33802 @defun to-hms a ang
33803 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33804 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33805 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33806 is already an HMS form it is returned as-is.
33807 @end defun
33809 @defun from-hms a ang
33810 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33811 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33812 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33813 is returned as-is.
33814 @end defun
33816 @defun to-radians a
33817 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33818 angular mode.
33819 @end defun
33821 @defun from-radians a
33822 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33823 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33824 @end defun
33826 @defun to-radians-2 a
33827 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33828 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33829 @end defun
33831 @defun from-radians-2 a
33832 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33833 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33834 @end defun
33836 @defun random-digit
33837 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33838 @end defun
33840 @defun random-digits n
33841 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33842 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33843 @end defun
33845 @defun random-float
33846 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33847 @end defun
33849 @defun prime-test n iters
33850 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33851 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33852 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33853 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33854 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33855 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33856 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33857 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33858 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33859 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33860 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33861 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33862 @code{prime-test} remembers where it left off.
33863 @end defun
33865 @defun to-simple-fraction f
33866 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33867 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33868 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33869 fast.
33870 @end defun
33872 @defun to-fraction f tol
33873 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33874 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33875 function @code{frac}, and can be rather slow.
33876 @end defun
33878 @defun quarter-integer n
33879 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33880 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33881 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33882 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33883 returns @code{nil}.
33884 @end defun
33886 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33887 @subsubsection Vector Functions
33889 @noindent
33890 The functions described here perform various operations on vectors and
33891 matrices.
33893 @defun math-concat x y
33894 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33895 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33896 @end defun
33898 @defun vec-length v
33899 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33900 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33901 rows in the matrix.
33902 @end defun
33904 @defun mat-dimens m
33905 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33906 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33907 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33908 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33909 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33910 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33911 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33912 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33913 elements.
33914 @end defun
33916 @defun dimension-error
33917 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33918 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33919 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33920 @end defun
33922 @defun build-vector args
33923 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33924 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33925 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33926 @end defun
33928 @defun make-vec obj dims
33929 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33930 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33931 filled with 27's.
33932 @end defun
33934 @defun row-matrix v
33935 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33936 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33937 leave it alone.
33938 @end defun
33940 @defun col-matrix v
33941 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33942 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33943 already a matrix, leave it alone.
33944 @end defun
33946 @defun map-vec f v
33947 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33948 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33949 of vector @var{v}.
33950 @end defun
33952 @defun map-vec-2 f a b
33953 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33954 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33955 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33956 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33957 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33958 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33959 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33960 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33961 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33962 @end defun
33964 @defun reduce-vec f v
33965 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33966 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33967 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33968 @end defun
33970 @defun reduce-cols f m
33971 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33972 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33973 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33974 @end defun
33976 @defun mat-row m n
33977 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33978 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33979 (@xref{Extracting Elements}.)
33980 @end defun
33982 @defun mat-col m n
33983 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33984 The arguments are not checked for correctness.
33985 @end defun
33987 @defun mat-less-row m n
33988 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33989 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33990 @end defun
33992 @defun mat-less-col m n
33993 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33994 @end defun
33996 @defun transpose m
33997 Return the transpose of matrix @var{m}.
33998 @end defun
34000 @defun flatten-vector v
34001 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
34002 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
34003 @end defun
34005 @defun copy-matrix m
34006 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
34007 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
34008 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
34009 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
34010 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
34011 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
34012 @end defun
34014 @defun swap-rows m r1 r2
34015 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
34016 other words, unlike most of the other functions described here, this
34017 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
34018 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
34019 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
34020 @var{m}.
34021 @end defun
34023 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
34024 @subsubsection Symbolic Functions
34026 @noindent
34027 The functions described here operate on symbolic formulas in the
34028 Calculator.
34030 @defun calc-prepare-selection num
34031 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
34032 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
34033 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
34034 useful information about the current stack entry into a set of
34035 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
34036 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
34037 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
34038 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
34039 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
34040 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
34041 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
34042 their corresponding sub-formulas.
34044 A slight complication arises in the selection mechanism because
34045 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
34046 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
34047 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
34048 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
34049 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
34050 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
34051 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
34052 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
34053 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
34054 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
34055 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
34056 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
34057 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
34058 @end defun
34060 @defun calc-encase-atoms x
34061 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
34062 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
34063 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
34064 the formula in-place.
34065 @end defun
34067 @defun calc-find-selected-part
34068 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
34069 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
34070 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
34071 formula, this returns @code{nil}.
34072 @end defun
34074 @defun calc-change-current-selection selection
34075 Change the currently prepared stack element's selection to
34076 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
34077 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
34078 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
34079 to reflect the new selection.
34080 @end defun
34082 @defun calc-find-nth-part expr n
34083 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
34084 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
34085 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
34086 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
34087 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
34088 @end defun
34090 @defun calc-find-parent-formula expr part
34091 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
34092 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
34093 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
34094 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
34095 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
34096 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
34097 This function does not take associativity into account.
34098 @end defun
34100 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
34101 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
34102 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
34103 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
34104 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
34105 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
34106 return the whole expression.
34107 @end defun
34109 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
34110 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
34111 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
34112 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
34113 has been used, this simply returns @var{part}.
34114 @end defun
34116 @defun calc-find-sub-formula expr part
34117 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
34118 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
34119 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
34120 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
34121 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
34122 function does not take associativity into account.
34123 @end defun
34125 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
34126 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
34127 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
34128 @end defun
34130 @defun simplify expr
34131 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
34132 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
34133 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
34134 to remains unchanged in memory.
34136 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
34137 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
34138 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
34139 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
34140 each level, any simplifications that can be made are made until no
34141 further changes are possible.  Once the entire formula has been
34142 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
34143 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
34144 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
34145 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
34146 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
34147 further simplifications were possible.
34148 @end defun
34150 @defun simplify-extended expr
34151 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
34152 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
34153 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
34154 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
34155 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
34156 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
34157 Dangerous simplification rules are written to check this variable
34158 before taking any action.
34159 @end defun
34161 @defun simplify-units expr
34162 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
34163 whenever possible.  This works by binding the variable
34164 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
34165 @end defun
34167 @defmac math-defsimplify funcs body
34168 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
34169 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
34170 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
34171 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
34172 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
34173 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
34174 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
34175 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
34176 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
34177 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
34178 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
34179 If the function body returns something different, that new formula is
34180 substituted for @var{expr} in the original formula.
34182 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
34183 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
34184 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
34185 function will not have a chance to trigger until the next iteration
34186 of the main @code{simplify} loop.
34188 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
34189 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
34190 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
34191 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
34193 The arguments of a function call will already have been simplified
34194 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
34195 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
34196 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
34197 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
34199 @smallexample
34200 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
34201   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
34202            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
34203                            (math-neg (nth 1 expr)))))
34204       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
34205            (or math-living-dangerously
34206                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
34207            (nth 1 (nth 1 expr)))))
34208 @end smallexample
34210 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
34211 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
34212 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
34213 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
34214 @end defmac
34216 @defun common-constant-factor expr
34217 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
34218 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
34219 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
34220 3 is a common factor of all the terms.
34221 @end defun
34223 @defun cancel-common-factor expr factor
34224 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
34225 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
34226 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
34227 it is being used by a simplification rule (where such things are
34228 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
34229 square roots:
34231 @smallexample
34232 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
34233   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
34234     (and fac (not (eq fac 1))
34235          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
34236                    (math-normalize
34237                     (list 'calcFunc-sqrt
34238                           (math-cancel-common-factor
34239                            (nth 1 expr) fac)))))))
34240 @end smallexample
34241 @end defun
34243 @defun frac-gcd a b
34244 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
34245 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
34246 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
34247 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
34248 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
34249 @end defun
34251 @defun map-tree func expr many
34252 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
34253 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
34254 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
34255 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
34256 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
34257 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
34258 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
34259 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
34260 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
34261 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
34262 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
34263 default, as described above, is infinitely many times.
34264 @end defun
34266 @defun compile-rewrites rules
34267 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
34268 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
34269 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
34270 for that same variable can return immediately.  If there are problems
34271 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
34272 message.
34273 @end defun
34275 @defun apply-rewrites expr crules heads
34276 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
34277 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
34278 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
34279 matched, or if the only rules that matched did not actually change
34280 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
34281 it should be a list of all function names that (may) appear in
34282 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
34283 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
34284 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
34285 down to just a few rules in the rule set.
34286 @end defun
34288 @defun rewrite-heads expr
34289 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
34290 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
34291 @end defun
34293 @defun rewrite expr rules many
34294 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
34295 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
34296 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
34297 times.
34298 @end defun
34300 @defun match-patterns pat vec not-flag
34301 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
34302 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
34303 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
34304 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
34305 @end defun
34307 @defun deriv expr var value symb
34308 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
34309 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
34310 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
34311 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
34312 functions for which no derivative formula is known, new derivative
34313 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34314 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
34315 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34316 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34318 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34319 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34320 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34321 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34322 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34323 original function call that is being differentiated.  It should return
34324 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34325 is defined by
34327 @smallexample
34328 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34329      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34330 @end smallexample
34332 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34333 @smallexample
34334 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34335      (function (lambda (x b) ... )))
34336 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34337      (function (lambda (x b) ... )))
34338 @end smallexample
34339 @end defun
34341 @defun tderiv expr var value symb
34342 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34343 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34344 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34345 @end defun
34347 @defun integ expr var low high
34348 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34349 @xref{Calculus}, for further details.
34350 @end defun
34352 @defmac math-defintegral funcs body
34353 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34354 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34355 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34356 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34357 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34358 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34359 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34360 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34361 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34362 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34364 @smallexample
34365 (math-defintegral calcFunc-conj
34366   (let ((int (math-integral u)))
34367     (and int
34368          (list 'calcFunc-conj int))))
34370 (math-defintegral calcFunc-cos
34371   (and (equal u math-integ-var)
34372        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34373 @end smallexample
34375 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34376 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34377 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34378 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34379 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34380 result.
34381 @end defmac
34383 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34384 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34385 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34386 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34387 @var{v}.
34388 @end defmac
34390 @defun solve-for lhs rhs var full
34391 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34392 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34393 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34394 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34395 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34396 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34397 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34398 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34399 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34400 as properties in a manner similar to derivatives:
34402 @smallexample
34403 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34404      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34405 @end smallexample
34407 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34408 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34409 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34410 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34411 if the caller requested a non-``full'' solution.
34412 @end defun
34414 @defun solve-eqn expr var full
34415 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34416 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34417 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34418 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34419 @end defun
34421 @defun solve-system exprs vars full
34422 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34423 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34424 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34425 @end defun
34427 @defun expr-contains expr var
34428 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34429 of @var{expr}.
34431 This function might seem at first to be identical to
34432 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34433 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34434 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34435 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34436 @code{eq} to each other.
34437 @end defun
34439 @defun expr-contains-count expr var
34440 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34441 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34442 @end defun
34444 @defun expr-depends expr var
34445 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34446 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34447 in common.
34448 @end defun
34450 @defun expr-contains-vars expr
34451 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34452 contains only constants and functions with constant arguments.
34453 @end defun
34455 @defun expr-subst expr old new
34456 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34457 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34458 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34459 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34460 @end defun
34462 @defun multi-subst expr old new
34463 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34464 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34465 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34466 are ignored.
34467 @end defun
34469 @defun expr-weight expr
34470 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34471 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34472 ``primitive'' objects, this will be one.
34473 @end defun
34475 @defun expr-height expr
34476 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34477 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34478 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34479 @end defun
34481 @defun polynomial-p expr var
34482 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34483 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34484 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34485 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34486 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34487 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34488 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34489 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34490 a polynomial of degree 0.
34491 @end defun
34493 @defun is-polynomial expr var degree loose
34494 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34495 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34496 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34497 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34498 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34499 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34500 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34501 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34502 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34503 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34504 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34505 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34506 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34507 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34508 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34509 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34510 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34511 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34512 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34513 @end defun
34515 @defun polynomial-base expr pred
34516 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34517 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34518 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34519 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34520 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34521 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34522 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34523 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34524 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34525 is found.
34526 @end defun
34528 @defun poly-simplify poly
34529 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34530 clipping off trailing zeros.
34531 @end defun
34533 @defun poly-mix a ac b bc
34534 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34535 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34536 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34537 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34538 @end defun
34540 @defun poly-mul a b
34541 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34542 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34543 @end defun
34545 @defun build-polynomial-expr poly var
34546 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34547 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34548 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34549 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34550 to turn the list back into an expression in regular form.
34551 @end defun
34553 @defun check-unit-name var
34554 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34555 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34556 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34557 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34558 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34559 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34560 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34561 @end defun
34563 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34564 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34565 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34566 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34567 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34568 @end defun
34570 @defun single-units-in-expr-p expr
34571 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34572 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34573 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34574 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34575 @end defun
34577 @defun to-standard-units expr which
34578 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34579 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34580 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34581 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34582 is an expression to substitute for it.
34583 @end defun
34585 @defun remove-units expr
34586 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34587 This expression is generally normalized before use.
34588 @end defun
34590 @defun extract-units expr
34591 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34592 by ones.
34593 @end defun
34595 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34596 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34598 @noindent
34599 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34600 Calc numbers and formulas.
34602 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34603 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34604 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34605 @end defun
34607 @defun read-number str
34608 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34609 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34610 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34611 @end defun
34613 @defun read-expr str
34614 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34615 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34616 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34617 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34618 a string describing the problem.
34619 @end defun
34621 @defun read-exprs str
34622 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34623 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34624 shown above is returned instead.
34625 @end defun
34627 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34628 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34629 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34630 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34631 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34632 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34633 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34634 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34635 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34636 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34637 @code{calc-normalize} first.
34639 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34640 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34641 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34642 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34643 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34644 that actually appeared in the input.
34645 @end defun
34647 @defun format-number a
34648 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34649 @end defun
34651 @defun format-flat-expr a prec
34652 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34653 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34654 This is a simple format designed
34655 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34656 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34657 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34658 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34659 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34660 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34661 @end defun
34663 @defun format-nice-expr a width
34664 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34665 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34666 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34667 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34668 command uses this when only one stack entry is being edited.
34669 @end defun
34671 @defun format-value a width
34672 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34673 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34674 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34675 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34676 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34677 parameter, if given, is the target window size for which to format
34678 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34679 window is used.
34680 @end defun
34682 @defun compose-expr a prec
34683 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34684 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34685 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34686 You can specify the format of a given type of function call by putting
34687 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34688 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34689 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34690 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34691 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34692 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34693 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34694 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34695 normal function-call notation for that language.
34696 @end defun
34698 @defun composition-to-string c w
34699 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34700 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34701 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34702 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34703 followed by @code{composition-to-string}.
34704 @end defun
34706 @defun comp-width c
34707 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34708 @end defun
34710 @defun comp-height c
34711 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34712 @end defun
34714 @defun comp-ascent c
34715 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34716 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34717 @end defun
34719 @defun comp-descent c
34720 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34721 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34722 @end defun
34724 @defun comp-first-char c
34725 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34726 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34727 return @code{nil}.
34728 @end defun
34730 @defun comp-last-char c
34731 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34732 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34733 @end defun
34735 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34736 @comment @subsubsection Lisp Variables
34737 @comment
34738 @comment @noindent
34739 @comment (This section is currently unfinished.)
34741 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
34742 @subsubsection Hooks
34744 @noindent
34745 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34746 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34747 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34748 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34749 other customization-related variables are also described here.
34751 @defvar calc-load-hook
34752 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34753 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34754 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34755 @end defvar
34757 @defvar calc-ext-load-hook
34758 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34759 @end defvar
34761 @defvar calc-start-hook
34762 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34763 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34764 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34765 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34766 @end defvar
34768 @defvar calc-mode-hook
34769 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34770 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34771 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34772 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34773 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34774 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34775 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34776 been evaluated yet.
34777 @end defvar
34779 @defvar calc-trail-mode-hook
34780 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34781 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34782 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34783 per Emacs session.
34784 @end defvar
34786 @defvar calc-end-hook
34787 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34788 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34789 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34790 step, before the Calc window is destroyed.
34791 @end defvar
34793 @defvar calc-window-hook
34794 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34795 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34796 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34797 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34798 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34799 and @code{select-window} to create the Calc window.
34800 @end defvar
34802 @defvar calc-trail-window-hook
34803 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34804 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34805 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34806 must @emph{not} switch into the new window.
34807 @end defvar
34809 @defvar calc-embedded-mode-hook
34810 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34811 @end defvar
34813 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34814 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34815 new buffer.
34816 @end defvar
34818 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34819 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34820 new formula.
34821 @end defvar
34823 @defvar calc-edit-mode-hook
34824 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34825 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34826 The buffer will have been selected and set up to be in
34827 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34828 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34829 @code{calc-edit} command.)
34830 @end defvar
34832 @defvar calc-mode-save-hook
34833 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34834 after Calc's own mode features have been inserted into the
34835 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34836 message is inserted.
34837 @end defvar
34839 @defvar calc-reset-hook
34840 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34841 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34842 @end defvar
34844 @defvar calc-other-modes
34845 This variable contains a list of strings.  The strings are
34846 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34847 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34848 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34849 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34850 @end defvar
34852 @defvar calc-mode-map
34853 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34854 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34855 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34856 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34857 which is a command that loads the extensions package and
34858 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34859 one of these keys, it will probably be overridden when the
34860 extensions are loaded.
34861 @end defvar
34863 @defvar calc-digit-map
34864 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34865 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34866 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34867 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34868 @end defvar
34870 @defvar calc-alg-ent-map
34871 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34872 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34873 @end defvar
34875 @defvar calc-store-var-map
34876 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34877 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34878 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34879 @end defvar
34881 @defvar calc-edit-mode-map
34882 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34883 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34884 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34885 @end defvar
34887 @defvar calc-mode-var-list
34888 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34889 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34890 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34891 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34892 non-default variables are written out.
34893 @end defvar
34895 @defvar calc-local-var-list
34896 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34897 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34898 These variables also have their default values manipulated by
34899 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34900 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34901 used the first time, your hook should add a variable to the
34902 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34903 @end defvar
34905 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
34906 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
34907 @include gpl.texi
34909 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
34910 @appendix GNU Free Documentation License
34911 @include doclicense.texi
34913 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
34914 @appendix Customizing Calc
34916 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34917 to use a different prefix, you can put
34919 @example
34920 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34921 @end example
34923 @noindent
34924 in your .emacs file.  
34925 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34926 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34927 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34928 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34929 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34930 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34931 character of the prefix can simply be typed twice.
34933 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34934 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34935 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34936 customization facilities.  These variables are listed below.
34937 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34938 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34939 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34940 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34941 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34942 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34944 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34945 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34946 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34947 to see how regular expressions work.
34949 @defvar calc-settings-file
34950 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34951 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34952 definitions.  
34953 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34954 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34955 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34956 exists) the first time Calc is invoked.
34958 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34959 @end defvar
34961 @defvar calc-gnuplot-name
34962 See @ref{Graphics}.@*
34963 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34964 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34965 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34966 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
34967 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
34968 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34969 @end defvar
34971 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34972 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34973 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34974 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34975 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34976 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34977 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34978 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34979 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34980 to display or print the output.
34982 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34983 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34984 @code{"lp %s"}.
34985 @end defvar
34987 @defvar calc-language-alist
34988 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34989 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34990 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34991 enabled, it will try to use the current major mode to
34992 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34993 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34994 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34995 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34996 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34997 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34998 to use the language @var{LANGUAGE}.
35000 The default value of @code{calc-language-alist} is
35001 @example
35002    ((latex-mode . latex)
35003     (tex-mode   . tex)
35004     (plain-tex-mode . tex)
35005     (context-mode . tex)
35006     (nroff-mode . eqn)
35007     (pascal-mode . pascal)
35008     (c-mode . c)
35009     (c++-mode . c)
35010     (fortran-mode . fortran)
35011     (f90-mode . fortran))
35012 @end example
35013 @end defvar
35015 @defvar calc-embedded-announce-formula
35016 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
35017 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35018 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
35019 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
35020 regular expression, and when activating embedded formulas with
35021 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
35022 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
35023 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
35025 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
35026 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
35027 @samp{%} and a space.
35029 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
35030 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
35031 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35032 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
35033 @var{REGEXP})}, and its default value is
35034 @example
35035    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
35036     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
35037     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
35038     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
35039     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35040     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35041     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
35042     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
35043     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35044     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
35045     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
35046 @end example
35047 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35048 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
35049 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35050 @end defvar
35052 @defvar  calc-embedded-open-formula
35053 @defvarx calc-embedded-close-formula
35054 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
35055 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35056 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
35057 @code{calc-embedded-close-formula} control the region that Calc will
35058 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
35059 They are regular expressions; 
35060 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
35061 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
35062 delimiters''.
35064 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
35065 Embedded mode understands by default are:
35066 @enumerate
35067 @item
35068 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
35069 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
35070 @item
35071 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
35072 @item
35073 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
35074 @item
35075 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
35076 @item
35077 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
35078 @end enumerate
35080 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
35081 set @code{calc-embedded-open-formula} and
35082 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
35083 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35084 It consists of a list of lists of the form 
35085 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
35086 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
35087 @code{nil}.
35088 @end defvar
35090 @defvar  calc-embedded-word-regexp
35091 @defvarx calc-embedded-word-regexp-alist
35092 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35093 The variable @code{calc-embedded-word-regexp} determines the expression
35094 that Calc will activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x *
35095 w}.  It is a regular expressions.
35097 The default value of @code{calc-embedded-word-regexp} is
35098 @code{"[-+]?[0-9]+\\(\\.[0-9]+\\)?\\([eE][-+]?[0-9]+\\)?"}.
35100 The variable @code{calc-embedded-word-regexp-alist} is used to
35101 set @code{calc-embedded-word-regexp} to a different regular
35102 expression depending on the major mode of the editing buffer.
35103 It consists of a list of lists of the form 
35104 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{WORD-REGEXP})}, and its default value is
35105 @code{nil}.
35106 @end defvar
35108 @defvar  calc-embedded-open-plain
35109 @defvarx calc-embedded-close-plain
35110 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
35111 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35112 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
35113 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
35114 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
35115 expressions, because Calc must be able to write these string into a
35116 buffer as well as to recognize them.
35118 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
35119 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
35120 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
35121 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
35122 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
35124 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
35125 set @code{calc-embedded-open-plain} and
35126 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
35127 depending on the major mode of the editing buffer.
35128 It consists of a list of lists of the form 
35129 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
35130 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
35131 @example
35132    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
35133     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
35134     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
35135     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
35136     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35137     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35138     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
35139     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
35140     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35141     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35142     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
35143 @end example
35144 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35145 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35146 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35147 @end defvar
35149 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
35150 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
35151 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
35152 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35153 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35154 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
35155 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
35157 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
35158 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
35159 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
35160 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
35161 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
35162 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
35163 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
35164 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
35165 closing newline are omitted.)
35167 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
35168 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35169 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
35170 depending on the major mode of the editing buffer.
35171 It consists of a list of lists of the form 
35172 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
35173 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
35174 @code{nil}.
35175 @end defvar
35177 @defvar  calc-embedded-open-mode
35178 @defvarx calc-embedded-close-mode
35179 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
35180 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35181 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
35182 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
35183 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
35184 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
35185 necessary to add them to user-written annotations.
35187 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
35188 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
35189 @code{"\n"}.  
35190 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
35191 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
35192 lines by themselves.
35194 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
35195 set @code{calc-embedded-open-mode} and
35196 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
35197 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35198 It consists of a list of lists of the form 
35199 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
35200 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
35201 @example
35202    ((c++-mode     "// "   "\n")
35203     (c-mode       "/* "   " */\n")
35204     (f90-mode     "! "    "\n")
35205     (fortran-mode "C "    "\n")
35206     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35207     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35208     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35209     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35210     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35211     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35212     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35213 @end example
35214 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35215 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35216 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35217 @end defvar
35219 @defvar calc-multiplication-has-precedence
35220 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
35221 whether multiplication has precedence over division in algebraic
35222 formulas in normal language modes.  If
35223 @code{calc-multiplication-has-precedence} is non-@code{nil}, then
35224 multiplication has precedence (and, for certain obscure reasons, is
35225 right associative), and so for example @samp{a/b*c} will be interpreted
35226 as @samp{a/(b*c)}. If @code{calc-multiplication-has-precedence} is
35227 @code{nil}, then multiplication has the same precedence as division
35228 (and, like division, is left associative), and so for example
35229 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
35230 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
35231 @end defvar
35233 @defvar calc-undo-length
35234 The variable @code{calc-undo-length} determines the number of undo
35235 steps that Calc will keep track of when @code{calc-quit} is called.
35236 If @code{calc-undo-length} is a non-negative integer, then this is the
35237 number of undo steps that will be preserved; if
35238 @code{calc-undo-length} has any other value, then all undo steps will
35239 be preserved.  The default value of @code{calc-undo-length} is @expr{100}.
35240 @end defvar
35242 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35243 @appendix Reporting Bugs
35245 @noindent
35246 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35248 @example
35249 jay.p.belanger@@gmail.com
35250 @end example
35252 @noindent
35253 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35254 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35255 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35256 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35257 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35258 regular mailbox.
35260 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35261 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35262 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35263 them right in.
35265 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35266 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35267 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35268 so any efforts can be coordinated.
35270 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35271 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35273 @c [summary]
35274 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35275 @appendix Calc Summary
35277 @noindent
35278 This section includes a complete list of Calc keystroke commands.
35279 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35280 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35281 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35282 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35283 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35284 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35285 command name refer to notes at the end.
35287 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35288 keystrokes are not listed in this summary.
35289 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35291 @iftex
35292 @begingroup
35293 @tex
35294 \vskip-2\baselineskip \null
35295 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35296 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35297 \leavevmode%
35298 {\smallfonts
35299 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35300 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35301 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35302 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35303 \thinspace%
35304 {\tt#5}%
35305 {\sl#6}%
35307 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35308 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35309 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35310 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35311 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35312 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35313 @end tex
35314 @let@:=@sumsep
35315 @let@r=@sumrow
35316 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35317 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35318 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35319 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35320 @end iftex
35321 @format
35322 @iftex
35323 @advance@baselineskip-2.5pt
35324 @let@c@sumbreak
35325 @end iftex
35326 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35327 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35328 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35329 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35330 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35331 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35332 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35333 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35334 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35335 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35336 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35337 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35338 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35339 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35340 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35341 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35342 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35343 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35344 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35345 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35346 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35347 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35348 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35349 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35350 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35351 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35352 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35353 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35356 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35357 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35358 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35359 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35360 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35361 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35362 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35363 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35364 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35367 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35368 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35369 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35372 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35373 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35374 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35375 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35376 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35377 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35378 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35379 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35380 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35381 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35382 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35383 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35384 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35385 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35386 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35387 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35388 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35391 @r{  ... a@:      @summarykey{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35392 @r{  ... a@:      @summarykey{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35393 @r{... a b@:      @summarykey{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35394 @r{. a b c@:      M-@summarykey{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35395 @r{... a b@:      @summarykey{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35396 @r{  ... a@:      @summarykey{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35397 @r{... a b@:      M-@summarykey{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35398 @r{       @:      M-@summarykey{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35399 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35402 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35403 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35404 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35405 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35406 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35407 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35408 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35411 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35412 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35413 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35414 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35415 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35416 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35417 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35420 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35421 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35422 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35423 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35424 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35425 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35428 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35429 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35430 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35431 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35432 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35433 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35434 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35437 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35438 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35439 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35440 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35441 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35442 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35443 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35444 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35445 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35446 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35447 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35448 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35449 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35450 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35451 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35452 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35453 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35454 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35455 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35456 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35457 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35458 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35459 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35460 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35461 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35462 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35463 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35464 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35465 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35466 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35467 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35468 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35469 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35470 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35471 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35472 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35473 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35474 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35475 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35476 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35477 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35478 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35479 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35480 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35483 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35484 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35485 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35486 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35487 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35488 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35489 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35490 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35491 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35492 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35493 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35494 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35495 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35498 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35499 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35500 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35501 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35504 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35505 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35506 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35507 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35510 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35511 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35512 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35513 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35514 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35515 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35516 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35517 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35518 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35519 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35520 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35521 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35522 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35523 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35524 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35525 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35526 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35527 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35528 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35529 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35532 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35533 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35534 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35535 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35536 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35537 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35538 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35539 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35540 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35541 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35542 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35543 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35544 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35545 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35546 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35547 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35548 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35549 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35550 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35553 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35554 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35555 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35556 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35557 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35558 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35559 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35560 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35561 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35562 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35563 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35564 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35565 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35566 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35567 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35570 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35571 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35572 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35573 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35574 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35575 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35576 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35577 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35578 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35579 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35580 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35581 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35582 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35583 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35584 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35585 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35586 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35587 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35588 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35589 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35590 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35591 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35592 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35594 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35595 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35596 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35597 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35600 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35601 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35602 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35603 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35604 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35605 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35606 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35607 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35608 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35609 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35610 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35613 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35614 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35617 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35620 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35621 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35622 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35623 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35624 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35625 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35626 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35627 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35628 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35629 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35630 @r{       @:      d @summarykey{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35631 @r{       @:      d @summarykey{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35634 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35635 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35636 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35637 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35640 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35641 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35642 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35643 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35644 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35645 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35646 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35647 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35648 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35649 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35650 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35651 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35652 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35653 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35654 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35655 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35656 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35657 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35660 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35661 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35662 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35663 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35664 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35665 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35666 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35667 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35668 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35669 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35670 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35671 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35674 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35675 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35678 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35679 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35680 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35681 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35682 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35683 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35684 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35685 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35686 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35687 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35688 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35689 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35692 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35693 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35694 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35695 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35696 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35697 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35698 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35699 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35700 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35701 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35702 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35703 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35704 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35705 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35706 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35707 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35708 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35711 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35712 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35713 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35714 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35715 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35716 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35717 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35718 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35719 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35720 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35721 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35722 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35723 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35724 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35725 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35726 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35727 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35728 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35729 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35732 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35733 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35734 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35735 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35736 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35737 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35738 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35739 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35740 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35741 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35742 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35743 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35744 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35745 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35746 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35747 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35750 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35751 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35752 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35755 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35756 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35757 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35758 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35759 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35760 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35761 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35762 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35763 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35764 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35767 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35768 @r{       @:      j @summarykey{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35769 @r{       @:      j @summarykey{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35770 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35771 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35772 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35775 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35776 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35777 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35778 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35779 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35782 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35783 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35784 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35785 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35786 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35787 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35788 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35789 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35790 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35791 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35792 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35793 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35794 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35795 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35798 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35799 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35800 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35801 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35802 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35803 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35804 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35805 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35806 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35807 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35808 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35809 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35812 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35813 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35814 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35815 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35816 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35817 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35818 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35819 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35820 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35821 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35822 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35823 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35824 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35825 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35826 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35827 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35828 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35829 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35830 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35831 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35834 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35835 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35836 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35837 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35838 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35839 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35840 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35841 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35842 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35843 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35844 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35845 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35846 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35849 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35850 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35851 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35852 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35853 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35854 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35855 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35856 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35857 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35858 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35859 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35860 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35861 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35862 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35863 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35866 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35867 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35868 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35869 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35870 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35871 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35872 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35873 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35874 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35875 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35876 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35879 @r{       @:      r s   @:register     @:    27  @:calc-copy-to-register@:}
35880 @r{       @:      r i   @:register     @:        @:calc-insert-register@:}
35883 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35884 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35885 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35886 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35887 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35888 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35889 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35890 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35891 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35892 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35893 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35894 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35895 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35896 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35897 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35898 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35899 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35902 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35903 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35904 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35905 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35906 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35907 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35908 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35909 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35910 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35911 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35912 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35913 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35914 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35917 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35918 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35919 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35920 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35921 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35922 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35923 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35924 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35925 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35926 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35927 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35930 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35931 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35932 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35933 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35934 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35937 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35938 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35939 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35940 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35941 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35942 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35943 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35944 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35945 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35946 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35947 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35948 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35949 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35952 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35953 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35954 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35955 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35956 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35957 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35958 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35959 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35960 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35961 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35962 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35963 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35964 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35965 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35966 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35967 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35968 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35969 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35970 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35973 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35974 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35977 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35978 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35979 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35980 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35981 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35982 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35983 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35984 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35985 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35986 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35987 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35988 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35989 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35990 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35993 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35994 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35995 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35996 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35997 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35998 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35999 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
36000 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
36001 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
36002 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
36003 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
36004 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
36005 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
36006 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
36007 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
36008 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
36011 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
36012 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
36013 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
36016 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
36017 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
36018 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
36019 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
36020 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
36021 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
36022 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
36023 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
36024 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
36025 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
36028 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
36029 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
36030 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
36031 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
36032 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
36033 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
36036 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
36039 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
36040 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
36041 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
36042 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
36043 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36044 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
36045 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
36046 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
36047 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
36048 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
36049 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
36050 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
36051 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
36052 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
36053 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
36054 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
36055 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
36056 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
36057 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
36058 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
36059 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
36060 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
36061 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
36062 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
36063 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
36064 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
36065 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
36066 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
36067 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
36068 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
36069 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
36070 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
36073 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
36074 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
36075 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
36076 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
36077 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
36078 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
36079 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
36080 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
36081 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
36082 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
36083 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
36084 @r{  m1 m2@:      V K   @:             @:        @:kron@:(m1,m2)}
36085 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
36086 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
36087 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
36088 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
36089 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
36090 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
36091 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
36092 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
36093 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
36094 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
36095 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
36096 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
36097 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
36098 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
36099 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
36100 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
36101 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
36104 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
36107 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
36110 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
36111 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
36112 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
36113 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
36116 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
36117 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
36118 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
36119 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
36120 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
36121 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
36122 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
36125 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
36128 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
36129 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
36130 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
36133 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
36134 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
36135 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
36136 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
36137 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
36138 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
36139 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
36140 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
36141 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
36142 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
36143 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
36145 @end format
36147 @noindent
36148 NOTES
36150 @enumerate
36151 @c 1
36152 @item
36153 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36154 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
36155 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
36156 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
36158 @c 2
36159 @item
36160 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36161 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
36162 and the next @expr{-n} stack entries.
36164 @c 3
36165 @item
36166 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
36167 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
36168 A prefix of zero reverses the entire stack.
36170 @c 4
36171 @item
36172 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
36174 @c 5
36175 @item
36176 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
36177 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
36179 @c 6
36180 @item
36181 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
36182 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
36184 @c 7
36185 @item
36186 A prefix argument specifies simplification level and depth.
36187 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
36189 @c 8
36190 @item
36191 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
36193 @c 9
36194 @item
36195 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
36196 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
36198 @c 10
36199 @item
36200 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
36201 cannot be specified in the keyboard version of this command.
36203 @c 11
36204 @item
36205 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
36207 @c 12
36208 @item
36209 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
36210 prefix always clears the mode.
36212 @c 13
36213 @item
36214 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36216 @c 14
36217 @item
36218 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36219 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36220 @iftex
36221 {@advance@tableindent10pt
36222 @end iftex
36223 @table @asis
36224 @item Integer
36225 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36226 @item Float
36227 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36228 @item 0.0
36229 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36230 @item Error form
36231 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36232 @item Interval
36233 Random integer or floating-point number in that interval.
36234 @item Vector
36235 Random element from the vector.
36236 @end table
36237 @iftex
36239 @end iftex
36241 @c 15
36242 @item
36243 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36244 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36246 @c 16
36247 @item
36248 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36249 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36251 @c 17
36252 @item
36253 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
36255 @c 18
36256 @item
36257 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36258 the new units.
36260 @c 19
36261 @item
36262 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36263 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36265 @c 20
36266 @item
36267 With a prefix argument of 1, take a single 
36268 @texline @var{n}@math{\times2}
36269 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
36270 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36272 @c 21
36273 @item
36274 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36275 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36276 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36277 a subvector/submatrix of the input is created.
36279 @c 22
36280 @item
36281 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36282 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36283 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36284 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36285 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36286 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36287 last argument of the created function), or otherwise you will be
36288 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36289 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36291 @c 23
36292 @item
36293 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36294 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36295 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36296 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36297 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36298 or @code{d} for ``down.''
36300 @c 24
36301 @item
36302 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36303 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36304 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36305 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36306 may be an integer or a vector of integers.
36307 @iftex
36308 {@advance@tableindent-20pt
36309 @end iftex
36310 @table @cite
36311 @item -1
36312 (@var{2})  Rectangular complex number.
36313 @item -2
36314 (@var{2})  Polar complex number.
36315 @item -3
36316 (@var{3})  HMS form.
36317 @item -4
36318 (@var{2})  Error form.
36319 @item -5
36320 (@var{2})  Modulo form.
36321 @item -6
36322 (@var{2})  Closed interval.
36323 @item -7
36324 (@var{2})  Closed .. open interval.
36325 @item -8
36326 (@var{2})  Open .. closed interval.
36327 @item -9
36328 (@var{2})  Open interval.
36329 @item -10
36330 (@var{2})  Fraction.
36331 @item -11
36332 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36333 @item -12
36334 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36335 @item -13
36336 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36337 @item -14
36338 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36339 @item -15
36340 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36341 @end table
36342 @iftex
36344 @end iftex
36346 @c 25
36347 @item
36348 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36349 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36350 the input vector.
36352 @c 26
36353 @item
36354 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36356 @c 27
36357 @item
36358 Cursor position within stack buffer affects this command.
36360 @c 28
36361 @item
36362 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36364 @c 29
36365 @item
36366 Variable name may be a single digit or a full name.
36368 @c 30
36369 @item
36370 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36371 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36372 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36373 of the result of the edit.
36375 @c 31
36376 @item
36377 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36379 @c 32
36380 @item
36381 Press this key a second time to cancel the prefix.
36383 @c 33
36384 @item
36385 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36386 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36388 @c 34
36389 @item
36390 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36391 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36392 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36393 backward by that many lines.
36395 @c 35
36396 @item
36397 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36398 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36399 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36400 region between point and mark as a single formula.
36402 @c 36
36403 @item
36404 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36405 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36406 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36407 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36409 @c 37
36410 @item
36411 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36413 @c 38
36414 @item
36415 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36416 later prompts by popping additional stack entries.
36418 @c 39
36419 @item
36420 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36421 @expr{v - v_0}.
36423 @c 40
36424 @item
36425 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36426 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36427 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36428 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36429 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36431 @c 41
36432 @item
36433 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36435 @c 42
36436 @item
36437 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36438 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36440 @c 43
36441 @item
36442 With any prefix argument, set the default value instead of the
36443 value for this graph.
36445 @c 44
36446 @item
36447 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36449 @c 45
36450 @item
36451 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36452 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36453 otherwise.
36455 @c 46
36456 @item
36457 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36458 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36459 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36460 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36461 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36462 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36463 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36464 to evaluate variables.
36466 @c 47
36467 @item
36468 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36469 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36470 assigns 
36471 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36472 @infoline @expr{x := a-x}.
36474 @c 48
36475 @item
36476 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36477 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36478 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36479 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36480 and a vector from the stack.
36482 @c 49
36483 @item
36484 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36485 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36487 @c 50
36488 @item
36489 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36490 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36491 entry, then restores the original setting of the mode.
36493 @c 51
36494 @item
36495 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36496 default 2D resolution.
36498 @c 52
36499 @item
36500 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36501 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36502 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36503 grabs the @var{n}th mode value only.
36504 @end enumerate
36506 @iftex
36507 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36508 @page
36509 @endgroup
36510 @end iftex
36513 @c [end-summary]
36515 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36516 @unnumbered Index of Key Sequences
36518 @printindex ky
36520 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36521 @unnumbered Index of Calculator Commands
36523 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36524 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36525 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36526 @kbd{M-x calc-last-args}.
36528 @printindex pg
36530 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36531 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36533 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36534 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36535 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36536 @iftex
36537 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36538 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36539 @end iftex
36541 @printindex tp
36543 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36544 @unnumbered Concept Index
36546 @printindex cp
36548 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36549 @unnumbered Index of Variables
36551 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36552 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36553 corresponding Lisp variable.
36555 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36556 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36558 @printindex vr
36560 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36561 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36563 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36564 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36565 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36566 @samp{math-}.
36568 @printindex fn
36570 @bye
36573 @ignore
36574    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36575 @end ignore